DE3409491A1

DE3409491A1 - Anzeigevorrichtung mit einer fluessigkristalldrehzelle

Info

Publication number: DE3409491A1
Application number: DE19843409491
Authority: DE
Inventors: Ludwig 7110 Öhringen Englert; Jürgen Dipl.-Phys. Dr. 7000 Stuttgart Erlewein
Original assignee: SWF Auto Electric GmbH
Current assignee: SWF Auto Electric GmbH
Priority date: 1984-03-15
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1985-09-19

Description

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Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristalldrehzelle

Die Erfindung geht aus von einer Anzeigevorrichtung, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.

Durch die DE-PS 31 38 518 ist eine Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristalldrehzelle bekannt. Diese weist zwei transparente Trägerplatten auf, die mit einer Randabdichtung eine mit Flüssigkristallmaterial gefüllte Kammer bilden und über Abstandshalter aneinandergedrückt werden. Der Name Drehzelle rührt daher, daß die Moleküle der zwischen den Trägerplatten eingeschlossenen Flüssigkristallschicht in Richtung der Plattennormale um einen bestimmten Winkel verdrillt sind. Man erhält diese Verdrillung dadurch, daß man die Innenflächen der Trägerplatten so behandelt, daß sie die ihnen benachbarten Flüssigkristallmoleküle in einer Vorzugsrichtung ausrichten können. Zu der Anzeigevorrichtung gehören auch zwei Linearpolarisatoren, die auf die Außenflächen der beiden Trägerplatten aufgebracht sind und so die Flüssigkristallschicht zwischen sich einschließen. Bei der aus der DE-PS 31 38 518 bekannten Anzeigevorrichtung ist von den beiden Linearpolarisatoren im verdrillten Zustand der Flüssigkristallschicht der eine mit seiner Achse parallel und der andere senkrecht zu den benachbarten Flüssigkristallmolekülen ausgerichtet. Beträgt der verdrillte Winkel der Flüssigkristallschicht 90°, so sind die Polarisationsachsen der Liniearpolarisatoren also parallel zueinander ausgerichtet. Es gibt jedoch auch Anzeigevorrichtungen, die eine Flüssigkristalldrehzelle enthalten und bei denen die Polarisationsachsen der Polarisatoren senkrecht aufeinander stehen.

Bei Anzeigevorrichtungen mit Flüssigkristalldrehzellen ist man bestrebt, ein möglichst gutes Kontrastverhältnis zwischen dem Ein- und dem Auszustand der Flüssigkristalldrehzelle zu erhalten, also zwischen dem Zustand, in dem eine

bestimmte Stelle der Anzeigeflächen dunkel erscheint, und dem Zustand, in dem die bestimmte Stelle hell erscheint. Ein gutes Kontrastverhältnis kann man also erreichen, wenn man die Sperrwirkung in der Dunkelstellung erhöht. Ideale Absorptionsbedingungen herrschen, wie man aus Berechnungen zum elektrooptischen Transferverhaiten eines verdrillten Flüssigkristalls weiß, wenn entweder die Zellenplatten sehr weit auseinanderliegen oder zur Beleuchtung Licht eines engen Wellenbereichs benutzt wird und der Plattenabstand auf diesen Wellenbereich abgestimmt ist.

Wird also in einer Anzeigevorrichtung die Flüssigkristalldrehzelle mit einer einzigen Farbe ausgeleuchtet, so wählt man unter Berücksichtigung der zur Verfugung stehenden verschieden dicken Abstandshalter einen Abstand der Trägerplatten, bei dem die Sperrwirkung in der Dunkelstellung sehr groß ist. Bei einer Anzeigevorrichtung einer Flüssigkristalldrehzelle, die zwei Anzeigebereiche aufweist, von denen der eine mit Licht einer bestimmten Farbe und der andere mit Licht einer anderen Farbe ausleuchtbar ist, hat man bisher einen Plattenabstand gewählt, der für beide Farben eine gute Sperrwirkung in der Dunkelsteilung hat.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwiekeln, daß die Sperrwirkung im Dunkelzustand erhöht wird. Dies soll auf einfache und wenig aufwendige Weise geschehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Anzeigevorrichtung mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Abstandshalter im einen Anzeigebereich eine andere Dicke besitzen als die Abstandshalter im anderen Anzeigebereich. Es ist somit möglich, in jedem Anzeigebereich den Abstand der Trägerplatten optimal an die Farbe des Lichts anzupassen, mit der dieser Anzeigebereich ausgeleuchtet wird. Besonders vorteilhaft ist diese Ausbildung einer Anzeigevorrichtung, wenn gemäß Anspruch 2 von den beiden Linearpolari-

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satoren im verdrillten Zustand der Flüssigkristallschicht der eine mit seiner Achse parallel und der andere senkrecht zu den benachbarten Flüssigkristallmolekülen ausgerichtet ist. Dann erscheint nämlich ein Anzeigebereich in eingeschaltetem Zustand hell und im ausgeschaltetem Zustand dunkel. Diese Anzeigeart eignet sich besonders für farbige Darstellungen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung können den Unteransprüchen 3 bis- 6 entnommen werden. Ist gemäß Anspruch 3 der Bereich gleicher Abstandshalter etwas größer als der jeweilige Anzeigebereich, so ist sichergestellt, daß der Übergang zwischen verschiedenen Abständen außerhalb des Anzeigebereichs stattfindet. Die Maßnahme gemäß Anspruch 3 läßt sich vor allem dann gut verwirklichen, wenn Anzeigebereiche, die verschiedenfarbig ausgeleuchtet werden, einen gewissen Abstand voneinander haben.

In der vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch h sind Anzeigebereiche mit unterschiedlichen Abstandshaltern durch einen Kleberand voneinander getrennt. Der Kleberand befindet sich in dem Anzeigebereich, der die dünneren Abstandshalter hat. Sind die Trägerplatten während des Aushärtens des Klebers durch einen äußeren Druck so gegeneinander gepreßt worden, daß sie auch an den dünneren Abstandshaltern anlagen, so behalten sie nach dem Aushärten des Klebers im Bereich mit den dünneren Abstandshaltern ihren geringeren Abstand bei. Sind gemäß Anspruch 5 die Anzeigebereiche mit verschieden dicken Abstandshaltern durch eine Öffnung im Kleberand miteinander verbunden, so kann die gesamte Flüssigkristalldrehzelle durch ein einziges Fülloch mit Flüssigkristallmaterial gefüllt werden. Der Kleberand kann auch zu einzelnen Klebestellen degenerieren.

Eine sehr zweckmäßige Lösung dafür, daß der jeweilige Abstand der Trägerplatten allein durch die verschieden dicken Abstandshaltern bestimmt wird, ist es, wenn gemäß Anspruch 6

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in der Kammer der Flüssigkristalldrehzelle ein Unterdruck herrscht.

Die Ansprüche 7 bis 11 beziehen sich auf verschiedene Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristalldrehzelle für eine Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6. So werden gemäß Anspruch 7 vorteilhafterweise die Abstandshalter gleicher Dicke auf eine Trägerplatte aufgebracht, während jeder Anzeigebereich, für den anderen Abstandshalter vorgesehen sind, abgedeckt ist. Man kann dafür ein Sieb verwenden, das bereichsweise abgedeckt ist.

Die Ansprüche 10 und 11 enthalten zwei verschiedene Verfahren, um in der Kammer der Flüssigkristalldrehzelle einen Unterdruck zu erzeugen.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Flüssigkristalldrehzelle mit mehreren Anzeigebereichen, von denen einer in einer bestimmten Farbe und alle anderen in einer anderen Farbe ausleuchtbar sind,

Fig. 2 einen nicht maßstäblichen Schnitt durc^ die Flüssigkristalldrehzelle gemäß Fig. 1 entlang der Linie H-II,

Fig. 3 die Transmissionskurven für zwei Wellenlängen in Abhängigkeit von der Dicke der Flüssigkristallschicht und

Fig. h ein Sieb, das zum Aufbringen von Abstandshaltern auf eine Trägerplatte verwendet werden kann.

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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Flüssigkristalldrehzelle besitzt eine hintere Trägerplatte 10 und eine vordere Trägerplatte 11, die durch einen Kleberand 12 in einem Abstand voneinander dicht miteinander verbunden sind und eine Kammer 13 für das Flüssigkrxstallmaterial 14 bilden. Auf ihrer Innenfläche ist die Trägerplatte 10 mit einer Rückelektrode 15 und darüber mit einer Orientierungsschicht 16 für die benachbarten Flüssigkristallmoleküle versehen. Die vordere Platte 11 trägt auf ihrer Innenfläche mehrere Elektroden 17 bzw. 1&, die getrennt voneinander ansteuerbar sind, und eine Orientierungsschicht 19. Die Orientierungsschichten 16 und 19 mögen die angrenzenden Flüssigkristallmoleküle in zwei Richtungen ausrichten, die einen Winkel von 90 miteinander einschließen. Auf der Außenfläche der vorderen Trägerplatte 11 ist ein vorderer Linearpolarisator 20 und auf der Außenfläche der hinteren Trägerplatte 10 sind ein hinterer Linearpolarisator 21 und darüber ein Filter 22 für eine 1 . Farbe und im Bereich der Elektrode 18 ein Filter 23 für eine 2. Farbe befestigt. Die Polarisationsachsen der Polarisatoren 20 und 21 sind parallel zueinander.

In der Draufsicht nach Fig. 1 sind die an sich transparenten Elektroden 17 und 18 auf der vorderen Trägerplatte 11 zu Verdeutlichung durch Schwarzfelder markiert. Die Elektroden 17 bilden mehrere Anzeigebereiche 2^-, die mit der 1. Farbe ausgeleuchtet werden. Die Elektrode 1.8 bildet einen Anzeigebereich 25» der mit einer 2. Farbe ausgeleuchtet wird. Auf den vorderen Polarisator 20 kann noch eine Schwarzdruckmaske aufgelegt werden, die die Anzeigebereiche 2k und 25 ausspart. Die Aussparungen der Schwarzdruckmaske sind in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet.

In Fig. 3 sind die beiden Transmissionskurven 30 und 31 für die 1. und 2. Farbe und für den Dunkelzustand der Flüssigkristalldrehzelle gezeichnet. Man erkennt, daß für die I.Farbe ein Minimum der Transmission auftritt, wenn die beiden Träger-

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platten 10 und 11 einen Abstand von 7,5 U oder von 11,8 LA haben. Entsprechende Minima für die 2. Farbe befinden sich bei Abständen von 6 IA , 9»5 und 13 IA . Die beiden Kurven kreuzen sich bei etwa 6,7 JU , 8,5 M ^und 10,7 M . Bisher hat man, um einen guten Kontrast zu erhalten, unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Abstandshalterdicken einen Abstand der beiden Trägerplatten voneinander gewählt, der zu einem Kreuzungspunkt der beiden Transmissionskurven gehörte. Bei einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung sind nun für die verschiedenfarbigen Anzeigebereiche 2h und 25 unterschiedliche Abstände der Trägerplatten 10 und 11 gewählt. Man erkennt in Fig. 2, daß der Abstand in den Anzeigebereichen 24 geringer ist als im Anzeigebereich 25. Und zwar ist der Abstand in den Anzeigebereichen Zh 7,5 Ιλ j wo gemäß Fig. 3 die Transmissionskurve der 1. Farbe ein Minimum hat, und der Abstand im Anzeigebereich 25 9 M wo, die Transmissionskurve

ndiezu '

der 2. Farbe ein Minimum hat. Als Abstandshalter sind kurze Glasfaserstücke verwendet. Die Abstandshalter 32 im Anzeigebereich 25 besitzen also einen Durchmesser von 9 M 5 die Abstandshalter 33 außerhalb des Anzeigebereichs 25 einen Durchmesser von 7j5 AA ·

Man sieht aus Fig. 2, daß die Trägerplatte 10 wesentlich dicker als die Trägerplatte 11 ist. Deshalb ist im Anzeigebereich 25 nur die Trägerplatte 11 ausgebeult. Natürlich können bei entsprechenden Dicken der Trägerplatten 10 und auch beide Trägerplatten gebogen sein.

Natürlich erzeugen die Farbfilter 22 und 23 kein monochromatisches Licht einer Wellenlänge, für die die Transmissionskurve in Fig. 3 eingezeichnet ist. Vielmehr wird von den Filtern 22 und 23 ein ganzer Wellenbereich durchgelassen, so daß für jede Farbe ein breites Transmissionsspektrum in Fig. 3 eingezeichnet werden müßte. Die Minima der verschiedenen Wellenlängen einer Farbe liegen jedoch nahe beieinander, so daß auch bei einem breiten Wellenspektrum jeder Farbe ein günstiger Abstand für jede Farbe ausgewählt werden kann.

In Fig. 2 ist mit gestrichelten Linien noch ein zusätzlicher Kleberand ^h in der Kammer 13 eingezeichnet, der den Anzeigebereich 25 umgibt. Er begrenzt den Bereich des größeren Abstandes zwischen den Trägerplatten 10 und 11 unmittelbar auf den Bereich, in dem sich die Abstandshalter 32 befinden. In diesem Kleberand befindet sich mindestens eine Öffnung, durch die Flüssigkristallmaterial in den vom Kleberand J>h umgrenzenden Kainmerabschnitt hineinfließen kann.

Um Abstandshalter unterschiedlicher Dicke in unters~ch.iedlich.en Bereichen auf eine Trägerplatte aufbringen zu können, kann man Siebe kO verwenden, wie eines in Fig. h dargestellt ist. Zum Aufbringen der Abstandshalter einer bestimmten Sorte wird dieses Sieb 40 über die Trägerplatte, z.B. die Trägerplatte aus Fig. 2, die in Fig. h gestrichelt angedeutet ist, gehalten. Das Sieb ho ist zum Aufbringen der Abstandshalter 33 vorgesehen. Es ist außerhalb der Trägerplatte 10 in einer rechteckigen Rahmenfläche ^»1 und über dem Anzeigebereich 25 der Trägerplatte 10 in dem Rechteck h2 mit Photolack verschlossen. Durch das Sieb können also nur außerhalb des Rechtecks 42 Abstandshalter 33 auf die Trägerplatte 10 fallen. Die Anzeigefläche 25 bleibt somit von solchen Abstandshaltern frei. Ein anderes, in den Figuren nicht dargestelltes Sieb ist nur in einer dem Rechteck h2 entsprechenden Fläche offen. Es wird exakt so wie das Sieb kO über die Trägerplatte 10 gelegt. Werden jetzt Abstandshalter 32 auf dieses Sieb gestreut, so fallen sie nur in den Anzeigebereich 25 der Trägerplatte 10. Auf diese sind nun Abstandshalter unterschiedlicher Dicke aufgebracht.

Bei der Herstellung einer Flüssigkristallzelle werden die beiden Trägerplatten mit den Abstandshaltern zwischen sich aufeinandergelegt und am Rande und eventuell an einzelnen Stellen innerhalb der Kammer 13 so miteinander verklebt, daß ein Fülloch 4 5 im Kleberand 12 frei bleibt. Dieses Füllloch ist in Fig. 1 angedeutet. Nach dem Aushärten des Klebers wird die Flüssigkristallzelle in einer Vakuumapparatur

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an einer von außen bewegbaren Vorrichtung festgeklemmt. In der Vakuumapparatur befindet sich außerdem ein Behältnis mit Flüssigkristallmaterial. Dann wird in der Apparatur und somit auch in der Kammer 13 der Flüssigkristallzelle ein Vakuum erzeugt. Danach taucht man die Flüssigkristallzelle mit dem Fülloch 45 in das Flüssigkristallmaterial ein und belüftet die Apparatur. Aufgrund des äußeren Luftdrucks fließt Flüssigkristallmaterial in die Kammer 13 der Flüssigkristallzelle hinein.

Im folgenden werden zwei Verfahren beschrieben, mit denen es möglich ist, eine Flüssigkristallzelle zu erhalten, in deren Kammer 13 ein Unterdruck herrscht.

In einem ersten Verfahren wird während des Füllvorgangs in der Kammer 13 die Füllhöhe genau beobachtet. Das Flüssigkristallmaterial benetzt zunächst die gesamte Kammer der

sich

Flüssigkristallzelle, ohne daß dabei am Abstand der Trägerplatte 10 und 11 zueinander in den Bereichen mit dünneren und dickeren Abstandshaltern etwas ändert. Sobald die ganze Kammer 13 der Flüssigkristallzelle mit Flüssigkristallmaterial benetzt ist, wird die Flüssigkristallzelle aus dem Flüssigkristallmaterial im Behältnis herausgenommen. Dann wird das Fülloch 4-5 mit Klebstoff verschlossen. Es mag dabei zwar noch etwas Flüssigkristallmaterial, das im Bereich des Füllochs 4-5 an der Flüssigkristallzelle hängt, in die Kammer 13 der Flüssigkristallzelle einfließen. Dadurch wird jedoch der Unterdruck in der Kammer nur wenig vermindert. Aufgrund des Unterdrucks in der Zelle liegen die Trägerplatten 10 und 11 über die gesamte Flüssigkristallzelle hin an den Abstandshaltern 32 bzw. 33 an und es sind gleichmäßige Abstände gewährleistet. Beim Verschließen des Fülllochs ist darauf zu achten, daß keine Luft in die Kammer 13 eindringt und daß der Klebstoff nicht zu weit in die Kammer hineinfließt. Das Hineinfließen des Klebstoffs kann man durch eine entsprechende Wahl seiner Viskosität bestimmen.

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Bei einem anderen Verfahren wird die Flüssigkristallzelle so lange in der Vakuumapparatur belassen, bis kein Flüssigkristallmaterial mehr aus dem Behältnis in die Kammern 13 der F3Ussigkristallzelle hineinfließt. Man kann dann die Flüssigkristallzelle aus dem Flüssigkristallmaterial nehmen, ohne Gefahr zu laufen, daß Luft in die Kammern eindringt. Das Fiilloch bleibt zunächst offen. Dann wird auf die Trägerplatben 10 und 11 ein Überdruck ausgeübt, der nicht auf das Fülloch wirkt. Der Überdruck kann z.B. über ein Fluid, also_ etwa Luft, ausgeübt verden. Dabei tritt aus dem Fülloch wieder eine kleine Menge des Flüssigkristallmaterials aus. Jetzt erst, wenn die Platten 10 und 11 überall an den Abstandshaltern 32 und 33 anliegen, wird das Fülloch k$ verschlossen. Auch so erhält man also in den Anzeigebereichen den gewünschten gleichmäßigen Abstand zwischen den Trägerplatten 10 und

Claims

SVF-Spezi al fabrik Tut Autozubehör Gustav Rau GmbH 3 409491

7120 Bietigheim-Bissingen

PAL/A 12 792 Nickel/Tu 16.2.1984

Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristalldrehzelle

Patentansprüche:

/ 1 .J Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristalldrehzelle, die zwei transparente Trägerplatten (10,11), die mit einer Randabdichtung (12) eine mit Flüssigkristallmaterial ( 1 4 ) gefüllte Kammer (13) bilden und über Abstandshalter (32,33) aneinander gedrückt werden, und zwei Anzeigebereiche (24,25) aufweist, von denen der eine mit Licht einer bestimmten Farbe und der andere mit Licht einer anderen Farbe ausleuchtbar ist, und mit zwei Linearpolarisatoren (20,21) die die Flüssigkristallschicht (i4) zwischen sich einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (32) im einen Anzeigebereich (25) eine andere Dicke besitzen als die Abstandshalter (33) im anderen Anzeigebereich (24).
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Linearpolarisatoren (20,21) im verdrillten Zustand der Flüssigkristallschicht (i4) der eine mit seiner Achse parallel und der andere senkrecht zu den benachbarten Flüssigkristallmolekülen ausgerichtet ist.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anzeigebereich (24) von einem Bereich umgeben ist, der die gleichen Abstandshalter (32) wie der Anzeigebereich (24) aufweist.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigebereiche (24,25) mit unterschiedlichen Abstandshaltern (32,33) durch einen Kleberand (34) voneinander getrennt sind.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigebereiche durch eine Öffnung im Kleberand miteinander verbunden sind.
6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (13) ein Unterdruck herrscht.
7. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristalldrehzelle für eine Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (32, 33) gleicher Dicke auf eine Trägerplatte (1O) aufgebracht werden, während jeder Anzeigebereich (24,25) für den andere Abstandshalter (33»32) vorgesehen sind, abgedeckt ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (32,33) für zumindest einen Anzeigebereich (24,25) über ein Sieb (4o) aufgebracht werden, das bereichsweise abgedeckt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Abdeckmaterial Photolack verwendet wird.
10. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristalldrehzelle für eine Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer (13) ein Vakuum erzeugt wird, daß dann die Kammer (13) mit einem Fülloch (45) in Flüssigkristallmaterial (i4) eingetaucht wird, daß das Flüssigkristal lmaterial (i4) durch einen äußeren Druck in die Kammer (13) hineinfließt und daß das Einfließen des Flüssigkristallmaterials (i4) gestoppt und das Fülloch (45) ver-

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schlossen wird, wenn die Kammer (13) gerade gefüllt und die Trägerplatten (10,11) im Bereich mit den dünnsten Abstandshaltern (33) noch an diesen anliegen.
11. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkristalldrehzelle für eine Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche bis 6 oder nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß auf die Trägerplatten (iO,1i) einer gefüllten Flüssigkristallzelle mit offenem Fülloch (*+5) zumindest in einem Bereich mit dünneren Abstandshaltern (33) ein Überdruck ausgeübt wird, der nicht auf das Fülloch (^5) wirkt, und daß das Fülloch (^5) verschlossen wird, wenn der Abstand der Trägerplatten (1O,11) überall der Dicke der Abstandshalter (32,33) entspricht.