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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Flüssigkristall-Optikanordnung und insbesondere aber nicht darauf
beschränkt, auf eine
Nehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung hoher Dauerhaftigkeit mit der Möglichkeit der
Ansteuerung durch eine verringerte Treiberspannung. Figur 2 zeigt
ein Beispiel einer bekannten
Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung unter Verwendung von galvanisch
abgeschiedenen Farbfilterelementen. Gemäß Figur 2 umfaßt die Anordnung
ein transparentes aus Glas hergestelltes Substrat 11;
Elektroden 12 aus einem transparenten elektrisch leitenden Film
in einem Muster gewünschter Form; und Farbfilterelemente 13,
die auf den Elektroden 12 durch galvanische Abscheidung
einer Zusammensetzung gebildet sind, welche ein elektrisch
abscheidbares Polymer und ein Färbematerial enthält. Die
Farbfilterelemente 13 liegen jeweils ausgerichtet über der
entsprechenden Elektrode 12 und sind in unterschiedlicher
Farbe oder unterschiedlichem Farbton gefärbt. Ein Verfahren
zur Herstellung der Farbfilterelemente ist in der JP-A-
233933/1982 beschrieben und gewährleistet einen effizienten
Weg zur zweckmäßigen Herstellung von Farbfiltern hoher
Auflösung.
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Ein transparentes elektrisch leitendes Filmelement bzw.
Elektrodenfilmelement 14 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) wird
jeweils auf den Farbfilterelementen 13 hergestellt und ist
zu der entsprechenden Elektrode 12 ausgerichtet. Eine erste
aus Polyimid zusammengesetzte Ausrichtschicht 15 liegt über
den Elektrodenfilmelementen 14. Ein zweites transparentes
Substrat 16 ist mit einer zweiten transparenten Elektrode 17
auf seiner Innenfläche versehen, wobei auf der zweiten
transparenten Elektrode 17 eine zweite Ausrichtschicht 18
montiert ist. Zwischen den Substraten 11 und 16 ist zur
Bildung einer Flüssigkristallzelle eine
Flüssigkristallschicht 19 angeordnet.
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Die Flüssigkristallzelle wird mit einer Treiberspannung
gespeist. Wird die Flüssigkristallzelle durch einen
Polarisator und einen Analysator (nicht dargestellt) , welche die
Zelle zwischen sich enthalten, beobachtet, so besitzt ein
Teil der Flüssigkristallzelle in ihrem transparenten Zustand
die Farbe des Farbfilterelementes, während der andere Teil
auf-fallendes Licht nicht durchläßt und daher schwarzgefärbt
ist. Die Farb-Flüssigkristallanzeigeanordnung zeigt daher
unterschiedliche Farben an, wenn die Flüssigkristallzelle
als optische Blende verwendet wird.
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In einer derartigen Mehrfarben-Flüssigkristallanordnung
werden die transparenten elektrisch leitenden Filmelemente
14 als Ansteuerelektroden ausgenutzt wobei sie nicht durch
einen isolierenden Film, wie beispielsweise ein Farbfilter
abgedeckt sind. Die Farbfilterelemente bewirken daher keinen
Spannungsabfall, so daß die Treiberspannung verringert
werden kann.
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Die Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung nach Figur 2
besitzt jedoch eine geringe Zuverlässigkeit bzw.
Dauerhaftigkeit hinsichtlich der Festigkeit der Grenze zwischen den
Farbfilterelementen 13 und den transparenten elektrisch
leitenden Ansteuerfilmeleinenten 14. Wird eine externe
Spannung auf diese Grenze beispielsweise aufgrund von Wärme
konzentriert, so kann es zu Problemen, wie beispielsweise
des Ablösung der transparenten elektrisch leitenden
Ansteuerfilmelementes 14 und der Erzeugung von Rissen kommen.
Beispielsweise besitzt ein durch galvanische Abscheidung
eines Polyester-Melamin-Harzes gebildetes Farbfilterelement
13 einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der
Größenordnung von 10&supmin;&sup4; und ein aus ITO gebildetes transparentes
elektrisch leitendes Ansteuerfilmelement 14 einen
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 10&supmin;&sup7;. Ein
derartiger Unterschied im Grad der thermischen Ausdehnung kann
eine beträchtliche Spannung an der Grenze der
Farbfilterelemente 13 und der ITO-Filmelemente 14 aufgrund eines
äußeren Einflusses, beispielsweise einer Temperaturänderung
hervorrufen, wodurch die Zuverlässigkeit der Anordnung
verringert wird.
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In der US-A-4,779,957 ist eine weitere
Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung vorgeschlagen worden, in der ein
Farbfilter auf einer auf einem Substrat vorgesehenen
Basiselektrode gebildet und durch eine Schutzschicht abgedeckt
ist. Auf der Schutzschicht ist eine Ausrichtschicht
abgeschieden, um die Spannung zwischen dem Farbfilter und der
Ausrichtschicht durch die eingefügte Schutzschicht zu
absorbieren.
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In der EP-A-0,238,174 ist eine
Flüssigkristallanzeigeanordnung angegeben, welche ein erstes und zweites im Abstand
voneinander befindliches Substrat; eine Ansteuerelektrode
auf der Innenfläche des zweiten Substrats; eine erste
Ausrichtschicht auf der Ansteuerelektrode; eine Vielzahl von
ersten Elektroden auf der Innenfläche des ersten Substrats;
eine Vielzahl von Farbfilterelementen, die jeweils auf einer
entsprechenden ersten Elektrode angeordnet sind; eine
Schutzschicht zur Pufferung von thermischer Spannung, die
auf den Farbfilterelementen angeordnet und mit diesen in
Kontakt steht; und eine auf der Schutzschicht angeordnete
zweite Ausrichtschicht umfaßt, wobei die zweite und die
erste Ausrichtschicht durch eine Flüssigkristallschicht
zwischen ihnen beabstandet sind.
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In Figur 2 der EP-A-0,113,237 ist eine
Flüssigkristallanzeigeanordnung mit einem Substrat offenbart, auf dessen
Innenfläche Anzeigeelektroden vorgesehen sind, die jeweils ein
Farbfilterelement tragen. Auf den Farbfilterelementen sind
transparente Elektroden vorgesehen, die zur Verringerung der
notwendigen Treiberspannung dienen.
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In Figur 3 der EP-A-0,226,218 ist eine
Flüssigkristallanzeigeanordnung mit einem Paar von Substraten und einem
zwischen diesen angeordneten ferroelektrischen Flüssigkristall
offenbart. Auf wenigstens einem der Substrate befindet sich
eine Farbfilterschicht und eine Schutzschicht zur
Vermeidung eines direkten Kontaktes zwischen der
Farbfilterschicht und dem ferroelektrischen Flüssigkristall. Die
Schutzschicht kann direkt auf der Farbfilterschicht
ausgebildet werden, wobei transparente Elektroden auf der
Schutzschicht ausgebildet werden können. Diese Schutzschicht
dient jedoch zur Vermeidung eines direkten Kontaktes
zwischen der Farbfilterschicht und dem ferroelektrischen
Flüssigkristall, wobei keine Anregung gegeben wird, daß sie
zur Pufferung von therinischer Spannung zwischen Teilen
dienen könnte.
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Gemäß vorliegender Erfindung ist eine
Flüssigkristall-Optikanordnung mit einem ersten und zweiten voneinander
beabstandeten Substrat; einer Ansteuerelektrode auf der Innenfläche
des zweiten Substrats; einer ersten Ausrichtschicht auf der
Ansteuerelektrode; einer Vielzahl von ersten Elektroden auf
der Innenfläche des ersten Substrats; einer Vielzahl von
Farbfilterelementen, die jeweils auf einer ersten Elektrode
angeordnet sind; einer auf den Farbfilterelementen
angeordneten und mit diesen in Kontakt stehenden Schutzschicht zum
Puffern von thermischer Spannung; und einer auf der
Schutzschicht
angeordneten zweiten Ausrichtschicht vorgesehen,
wobei die zweite und die erste Ausrichtschicht durch eine
Flüssigkristallschicht zwischen ihnen beabstandet sind, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen der Schutzschicht
und der zweiten Ausrichtschicht eine Vielzahl von zweiten
Elektroden jeweils auf der Innenseite eines
Farbfilterelementes derart angeordnet ist, daß die Pufferung von
thermischer Spannung zwischen jedem Farbfilterelement und seiner
zugehörigen zweiten Elektrode erfolgt.
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Die Schutzschicht kann ein Epoxid-Material oder ein eine
Siliziumverbindung enthaltendes Polymermaterial umfassen.
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Jede zweite Elektrode ist vorzugsweise zum jeweiligen
Farbfilterelement ausgerichtet, obwohl sie im Bedarfsfall
parallel zum ersten und zweiten Substrat und im wesentlichen
rechtwinklig zum jeweiligen Farbfilterelement verlaufen
kann.
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Die verschiedenen Farbfilterelemente sind vorzugsweise
unterschiedlich gefärbt.
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Die Farbfilterelemente werden vorzugsweise galvanisch auf
den ersten Elektroden beispielsweise aus einer Lösung
abgeschieden, die wenigstens ein dispergiertes galvanisch
abscheidendes Polymer und ein Färbematerial enthält.
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Die Erfindung schafft weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung einer Flüssigkristall-Optikanordnung, bei dem ein
erstes und zweites voneinander beabstandetes Substrat;
einer Ansteuerelektrode auf der Innenfläche des zweiten
Substrats; eine erste Ausrichtschicht auf der
Ansteuerelektrode; eine Vielzahl von ersten Elektroden auf der
Innenfläche des ersten Substrats; eine Vielzahl von auf einer
jeweiligen ersten Elektrode angeordneten Farbfilterelementen;
eine auf den Filterelementen angeordnete und mit diesen in
Kontakt stehende Schutzschicht zur Pufferung von thermischer
Spannung; und eine zweite auf der Schutzschicht angeordnete
Ausrichtschicht gebildet werden, wobei die zweite und die
erste Ausrichtschicht voneinander beabstandet sind, und
zwischen den Ausrichtschichten eine Flüssigkristallschicht
gebildet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine
Vielzahl von zwischen der Schutzschicht und der zweiten
Ausrichtschicht angeordneten zweiten Elektroden gebildet
wird, die jeweils derart auf einem Farbfilterelement
angeordnet sind, daß die Pufferung von thermischer Spannung
zwischen jedem Farbfilterelement und seiner jeweiligen
zweiten Elektrode erfolgt.
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Die Erfindung ermöglicht die Verbesserung der zweiten
Elektroden auf den Farbfilterelementen. Die Schutzschicht
besitzt einen Puffereffekt und ist so ausgebildet, daß sie
sowohl an den Farbfilterelementen als auch den zweiten
Elektroden haftet, um die Spannung zu absorbieren, welche
sonst auf die Zwischenschicht zwischen diesen wirken würde.
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In einer Flussigkristall-Optikanordnung gemäß vorliegender
Erfindung wird beispielsweise durch Wärme erzeugte Spannung
sowohl über die Grenze zwischen den Farbfilterelementen und
dem Schutzfilm und die Grenze zwischen dem Schutzfilm und
den zweiten Elektroden verteilt. Die Spannung wird daher in
den Schutzfilm übertragen, wodurch eine
Spannungskonzentration in einem bestimmten Bereich verhindert wird.
Beispielsweise wird die Verformung der Farbfilterelemente auf die
Grenze der zweiten Elektroden übertragen, wobei sie im
Schutzfilm gedämpft wird. Daher wird die Spannung im
wesentlichen von der Übertragung auf den empfindlichsten
transparenten elektrisch leitenden Ansteuerfilm, der die zweiten
Elektroden bildet, abgehalten, wodurch eine
Mehrschichtstruktur realisiert wird, die zur Gewährleistung einer hohen
Zuverlässigkeit eine Schutz- bzw. Pufferschicht enthält.
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Die Erfindung ist lediglich beispielhaft in der beigefügten
Zeichnung dargestellt, in der:
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Figur 1 ein Schnitt einer Mehrfarbenanzeigeanordnung gemäß
vorliegender Erfindung; und
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Figur 2 ein eine bekannte Mehrfarbenanzeigeanordnung mit
galvanisch abgeschiedenen Farbfilterelementen
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ist.
Ausführungsbeispiel 1
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In Figur 1 ist eine
Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung gemäß vorliegender Erfindung dargestellt, welche
ein aus Glas hergestelltes Substrat 1, eine Vielzahl von auf
einer Innenfläche des Substrates 1 gebildeten
ITO-Basiselektroden 2 und eine Vielzahl von Farbfilterelementen 3
umfaßt die jeweils ein Polyester-Melanin-Harz und
Färbematerial umfassen. Die Farben der verschiedenen
Farbfilterelemente 3 unterscheiden sich voneinander und sind
beispielsweise grün, blau oder rot, wobei die
Farbfilterelemente 3 jeweils galvanisch auf der entsprechenden Basis-ITO-
Elektrode 2 abgeschieden sind. Auf der Vielzahl von
Farbfilterelementen 3 ist eine Schutzfilmschicht 4 angeordnet.
Auf die Farbfilterelemente 3 wird eine Lösung aus
epoxidmodifiziertem oder epoxidgruppierten Material aufgebracht,
das Acrylharz JSS-16 (von der NIPPON SYNTHETIC GUM
hergestellt) enthält und zur Bildung der Schutzschicht 4 bei
200ºC ausgehärtet wird. Auf der Schutzschicht 4 wird durch
Aufsputtern von ITO-Material bei Aufrechterhaltung der
Substrattemperatur von 200ºC und selektives Ätzen eine Vielzahl
von transparenten Ansteuerelektroden 5 gebildet, so daß jede
Ansteuerelektrode 5 zu einem entsprechenden
Farbfilterelement 3 ausgerichtet ist. In diesen Zustand wird ein
Weglaufen oder Brechen der ITO-Ansteuerelektroden 5 nicht
beobachtet. Ein durch ein Polyimid-Harz zusammengesetzter
Ausrichtfilm
6 wird auf die Ansteuerelektroden 5 aufgebracht,
welcher Flüssigkristallmoleküle wirksam ausrichtet bzw.
orientiert.
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Durch sequentielle Bildung einer transparenten
Gegenansteuerelektrode 8 und eines weiteren Ausrichtfilms 9 wird
ein Gegensubstrat 7 hergestellt. Dieses Gegensubstrat 7 ist
beabstandet zum Substrat 1 angeordnet, so daß diese
Substrate zur Bildung einer
Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung eine Flüssigkristallschicht 10 zwischen sich halten.
Diese Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung behält nach
einer Ansteuerung für 1000 Stunden bei 80ºC eine gute
Anzeigequalität und eine hohe Zuverlässigkeit.
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Die transparenten Ansteuerelektroden 5 können so angeordnet
werden, daß sie jeweils unter einem rechten Winkel zu den
Farbfilterelementen 3 verlaufen. In diesem Falle ist auf dem
Gegensubstrat 7 eine Vielzahl von transparenten
Gegenansteuerelektroden 8 vorgesehen, so daß jede
Gegenansteuerelektrode 8 zu einem entsprechenden Farbfilterelement 3
ausgerichtet ist.
Ausführungsbeispiel 2
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In diesem Ausführungsbeispiel wird durch Aufbringen einer
Abdeckflüssigkeit JHR-3034 (durch die NIPPON SYNTHETIC GUM
hergestellt) , die eine Siliconharzverbindung enthält, und
Aushärten der Beschichtungen bei 200ºC ein Schutzfilm 4
gebildet. Dabei wird der gleiche Puffereffekt wie im
Ausführungsbeispiel 1 erreicht.
Vergleichsbeispiel
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Es wurde eine Mehrfarben-Flüssigkristallanzeigeanordnung
hergestellt, deren Aufbau derjenigen nach Figur 1 mit der
Ausnahme entspricht, daß sie keine Schutzschicht 4 enthält.
In diesem Falle waren die ITO-Ansteuerelektroden 5 direkt
auf den Farbfilterelementen 3 ausgebildet, wodurch ein
Ablösen und Brechen der ITO-Elektroden 5 auftrat, wenn die
Anordnung thermischer Spannung unterworfen wurde.
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Im Gegensatz dazu wird beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1
die Schutzschicht 4 aus den Farbfilterelementen 3 gebildet,
wobei die transparenten elektrisch leitenden Filmelemente
bzw. Ansteuerelektroden 5 auf der Schutzschicht 4 liegen,
welche die thermische Deformation der Farbfilterelemente 3
puffert, so daß die Konzentration von durch Verwendung der
Farbfilter hervorgerufener thermischer Spannung verringert
wird und damit die Zuverlässigkeit bzw. Dauerhaftigkeit der
Ausrichtschicht 6 und der Ansteuerelektroden 5 auf den
Farbfilterelementen 3 wesentlich verbessert wird. Darüber hinaus
wird trotz der Verwendung der elektrisch abgeschiedenen
Farbfilterelemente 3 und trotz der Verringerung der an die
Mehrfarbenanzeigeanordnung angelegten Treiberspannung die
Gesamtzuverlässigkeit der Anzeigeanordnung verbessert.