NL8200069A

NL8200069A - Weergeefinrichting met vloeibaar kristal.

Info

Publication number: NL8200069A
Application number: NL8200069A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-01-11
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1983-08-01
Also published as: EP0083822A1; HK75886A; JPS58122588A; US4536059A; CA1189171A; DE3270517D1; EP0083822B1

Description

f . ,* * EHN 10.234 1 T.n.v. N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

'Weergeefinrichting roet vloeibaar kristal".

De uitvinding heeft betrekking op een weergeef inrichting voorzien van twee steunplaten, een groot aantal beeldelementen welke worden gevormd door elkaar kruisende patronen van stripvormige elektroden op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten, 5 oriënterende lagen qp de elektroden en het vrij liggende oppervlak van de steunplaten, een laag cholesterisch vloeibaar kristal tussen de steunplaten, welk vloeibaar kristal bij het aanleggen van een elektrisch veld over de laag beneden een zekere veldsterkte een focalconische textuur, boven een zekere veldsterkte E2 een hcmeotroop-nematische,.

10 textuur en voor een veldsterkte tussen E^ en E2 één van genoemde texturen bezit, en welke inrichting is voorzien van eerste middelen om het vloeibare kristal aan de randen van elk beeldelement in de homeotroqp-nematische textuur boven een veldsterkte E2 te houden indien in het centrale gedeelte van het beeldelement een veldsterkte tussen 15 E, en E2 heerst.

Onder een cholesterisch vloeibaar kristal wordt hier verstaan een nematisch vloeibaar kristal, waaraan een zekere hoeveelheid cholesterisch vloeibaar kristal is toegevoegd en welk mengsel een cboles-teriscbe textuur bezit.

20 Een dergelijke weergeef inrichting is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.264.149 en kan worden gebruikt voor het weergeven van alphanumerieke of beeldinformatie. Bij deze bekende inrichting wordt gebruik gemaakt van het bistabiliteitseffekt, dat cholesterische vloeibare kristallen vertonen. Bij dit effekt wordt eenmalig uitgegaan 25 van een nagenoeg transparante cholesterische textuur, waarbij de assen van de helices loodrecht op de oppervlakken van de steunplaten staan. Boven een zekere drempelwaarde E^ van de veldsterkte gaat de nagenoeg transparante cholesterische textuur over in een lichtver-strooiende focal-conische textuur, waarbij de assen van de helices 30 evenwijdig aan de oppervlakken van de steunplaten verlopen. Bij toenemende veldsterkte ontwinden de helices zich en gaat de lichtver-strooiende focal-conische textuur boven een veldsterkte E2 over in een transparante hcmeotroop-nematische textuur. Tengevolge van de 8200069 4 \

1 I

EHN 10.234 2 hysterese in de transmissie versus veldsterkte-karakteristiek gaat de transparante homeotroop-nematische textuur pas bij een veldsterkte E.j kleiner dan de veldsterkte E2 weer over in de lichtverstrooiende focal-conische textuur. Deze focal-conische textuur blijft in de 5 veldvrije toestand voor langere tijd behouden.

Ten gevolge van deze hysterese kan de vloeibare kristallaag zich bij een veldsterkte tussen E^ en E2, afhankelijk óf van een veldsterkte hoger dan E2 of van een veldsterkte lager dan is uitgegaan, ofwel in de transparante haneotroop-nematische textuur ofwel in de T0 lichtverstrooiende focal-conische textuur bevinden.

Bij de in het genoemde octrooischrift beschreven matrix-weergeefinrichting wordt van dit bistabiliteitseffèkt op de volgende wijze gebruik gemaakt. De elektroden zijn in de vorm van evenwijdige strippen op de steunplaten aangebracht. De elektroden op de ene.....

15 steunplaat kruisen hierbij de elektroden cp de andere steunplaat.

De elektroden op de ene steunplaat vormen de zogenaamde rijen en de elektroden op de andere steunplaat de zogenaamde kolomen van de matrix. De beeldelementen bevinden zich cp de kruispunten van de rijen kolcraelektroden. Door een voldoende hoge spanning op de elektroden, 20 die een veldsterkte boven E2 over de vloeibare kristallaag tot gevolg heeft, worden alle beeldelementen van de matrix in de transparante homeotroop-nematische textuur gebracht. Vervolgens wordt over alle elementen een spanning aangelegd, die een tussen E^ en E2 gelegen veldsterkte Eg tot gevolg heeft. De vloeibare kristallaag heeft nu de 25 eigenschap enige tijd in de transparante homeotroop-nematische toestand te blijven. De rijen worden achtereenvolgens aangestuurd en per rij wordt de informatie qp de kolaimen ingeschreven. Voor de elementen die in de verstrooiende toestand moeten komen, wordt de spanning zolang nul gemaakt, dat de homeotroop-nematische textuur in de focal-conische 30 textuur overgaat. De overige elementen van een rij worden gedurende het inschrijven cp een spanning gehouden, die een veldsterkte groter of gelijk aan Eg tot gevolg heeft, en blijven dientengevolge in de transparante haneotroop-nematische textuur. Vervolgens wordt over alle elementen van een rij weer een spanning gezét, die een veldsterkte Eg 35 over de vloeibare kristallaag tot gevolg heeft.

Gedurende de tijd dat een transparant homeotroop-nematische toestand van een lijn stabiel blijft kunnen andere lijnen worden aangestuurd. De stabiliteit van de transparant homeotroop-nematische textuur 8200069 * EHN 10.234 3 bij een veldsterkte Eg wordt echter beperkt doordat de omgeving van het beeldelement zich in de focal-conische toestand bevindt. De focal-conische textuur heeft namelijk de eigenschap in de homeotroop-nematische textuur in te groeien, hetgeen starende lichtverstrooiende 5 effekten tot gevolg heeft. Cm het ingroeien van de focal-conische in de homeotroqp-nematische textuur te voorkomen, warden de randen van elk beeldelement boven een veldsterkte E2 gehouden indien in het centrale gedeelte van het beeldelement een veldsterkte tussen en E2 heerst. Bij de bekende inrichting wordt dit gerealiseerd, doordat 10 op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten door groeven gescheiden dijkjes zijn aangebracht. De groeven in de ene steunplaat zijn loodrecht georiënteerd ten opzichte van de groeven in de andere steunplaat. In de groeven zijn de stripvormige elektroden aangebracht, die zich tot op de dijkjes uitstrekken en qp de dijkjes .

15 van elkaar gescheiden zijn door een smalle strook.

Het is echter gebleken, dat de hcmeotroop-nematische textuur bij een veldsterkte tussen E^ en E2 niet alleen kan worden verstoord door het ingroeien van de focal-conische textuur vanuit de omgeving van een beeldelement maar ook van binnen een beeldelement uit kan 20 ingroeien in de bcmeotroop-nematische textuur. Dit wordt veroorzaakt door oneffenheden en beschadigingen van de elektroden en door stofdeeltjes, die groeikernen vormen voor het ontstaan van de focal-conische textuur. Opgemerkt wordt dat dit verschijnsel op zich bekend is uit het artikel "Nucleation of Focal-Conic Domains in the Field-25 Induced Nematix Texture of a Cholesteric Liquid Crystal", Japanese Journal of Applied Physics Vol. 17, No. 2, February 1978, pp. 391-394.

Het is dan ook het doel van de uitvinding een weergeef inrichting aan te geven waarmee starende effekten veroorzaakt door het ontstaan van de focal-conische textuur binnen een beeldelement zoveel 30 mogelijk worden voorkomen. Een weergeef inrichting van een in de aanhef genoemde soort wordt daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de inrichting is voorzien van tweede middelen, welke elk beeldelement opdelen in een aantal subelementen en welke de randen van elk subelement in de hcmeotroop-nematische textuur boven een veldsterkte 35 E2 houden indien ter plaatse van het beeldelement een veldsterkte tussen E^ en E2 heerst. Door elk beeldelement op te delen in vele kleinere subelementen omgeven door een rand waar een veldsterkte groter dan E2 heerst, wordt het ingroeien van de focal-consiche textuur tengevolge 3200069 * » PHN 10.234 4 van oppervlakte-inhcmogeniteiten beperkt tot één of enkele sub-element jes. De focal-conische textuur kan zich hierdoor niet uitbreiden over het hele beeldelement en blijft daardoor nagenoeg onzichtbaar.

Een eerste uitvoeringsvorm van een weergeef inrichting volgens 5 de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de eerste middelen worden gevormd door op de steunplaat gevormde eerste dijkjes, welke zijn gescheiden door groeven en waarvan de hoogte nagenoeg gelijk is aan de helft van de dikte van de laag vloeibaar kristal, doordat de tweede middelen worden gevormd door een aantal in elke groef gevormde 10 tweede dijkjes en doordat in de groeven elektroden zijn aangebracht, welke zich over de tweede dijkjes uitstrekken tot op de eerste dijkjes en welke van elkaar zijn gescheiden door een strook op de eerste dijkjes. Door de tweede dijkjes warden de beeldelementen elk verdeeld in vele subelementen. Indien het vloeibare kristal in een suhelement.

15 zich bij een veldsterkte tussen en E2 in de homeotroop-nematische toestand bevindt, dan heerst ter plaatse van de tweede dijkjes een zo hoge veldsterkte dat het vloeibare kristal zich daar boven een veldsterkte in de stabiele homeotroop-nematische toestand bevindt.

Een tweede uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt, door dat de 20 hoogte van de tweede dijkjes nagenoeg gelijk is aan de hoogte van de eerste dijkjes. Hierbij fungeren de tweede dijkjes evenals de eerste dijkjes als afstandselementen voor de steunplaten.

Bij de eerste en tweede uitvoeringsvorm dient de over de elektroden en het vrij liggende oppervlak van steunplaten aangebrachte 25 vloeibaar kristal oriënterende laag tevens elektrisch isolerend te zijn cm kortsluiting tussen de elektroden van de steunplaten te voorkomen. In plaats van een isolerende oriënteringslaag kan de oriën-teringslaag ook zijn aangebracht pp een elektrisch isolerende tussenlaag. Deze tussenlaag kan tevens dienen cm de hechting van de 30 oriënterende stoffen te verbeteren.

Een derde uitvoeringsvorm van een weergeef inrichting volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat zich ter plaatse van de strook tussen twee elektroden op de eerste dijkjes een verhoging bevindt.

De steunplaten liggen hierbij met de verhogingen tegen elkaar. De 35 oriënterende laag hoeft hierdoor niet meer elektrisch isolerend te zijn.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening waarvan 8200069 t t

V

EHN 10.234 5 figuur 1 het werkingsprincipe van een weergeef inrichting volgens de uitvinding illustreert figuur 2 een deels opengewerkte weergeef inrichting volgens een eerste uitvoeringsvorm toont, en 5 figuur 3 een doorsnede van een deel van een inrichting volgens een tweede uitvoeringsvorm toont.

In figuur 1a is een veldsterkte versus transmissiekarakteris-tiek getekend van een weergeef inrichting, welke gebruik maakt van het bistabiliteitseffekt van een cholesterisch vloeibaar kristal. De langs-10 assen van de vloeibaar kristalmolekulen zijn aan het grensvlak met de elektroden loodrecht op het elektrodeoppervlak georiënteerd. Het elektrodeqppervlak heeft hiertoe op bekende wijze een oppervlaktebehandeling ondergaan. Er wordt eenmalig uitgegaan van een transparante planair-conische textuur, waarbij de assen van de helices loodrecht- · -15 op de oppervlakken van de steunplaten staan zoals in fig. 1b schematisch is aangegeven. De spoed van de helices is afhankelijk van de samenstelling van het nematisch-cholesterische vloeibare kristalmengsel en van het gebruikte cholesterisch vloeibare kristal. Bij. het aanleggen van een spanning over de elektroden gaat bij een van het gebruikte 20 vloeibare kristal afhankelijke veldsterkte de transparante planair-conische textuur over in een lichtverstrooiende focal-conische textuur, welke in fig. 1c is aangegeven. De assen van de helices draaien hierbij in een richting evenwijdig aan de platen. Bij een toename van de veldsterkte boven een zekere waarde E2 ontwinden de helices zich en ont-25 staat een transparante homeotroop-nematische textuur, zoals in fig. 1d is aangegeven. Bij het afnemen van de veldsterkte blijft de transparant homeotroop-nematische textuur gehandhaafd tot een veldsterkte < E2, beneden welke veldsterkte veer de lichtverstrooiende focal-conische textuur ontstaat. De focal-conische textuur blijft behouden bij het 30 afnemen van de veldsterkte over de elektroden. In de veldvrije toestand gaat de focal-conische textuur slechts langzaam over in de planair-conische textuur. De hiervoor benodigde tijden zijn echter groot in vergelijking met de bij een matrixaansturing gebruikelijke schakeltijden, zodat de planair-conische textuur bij een in werking zijnde matrix-35 weergeef inrichting niet optreedt. Bij een veldsterkte <Eg < E2 bevindt de vloeibare kristallaag zich in een transparante homeotroop-nematische toestand indien uitgegaan is van een veldsterkte hoger dan E2 of in een lichtverstrooiende focal-conische toestand Indien uitgegaan 8200069 PHN 10.234 6 is van een veldsterkte lager dan .

Bovengenoemde effekten treden ook pp in het geval dat de vloeibare kristalmolekulen niet loodrecht maar evenwijdig aan het grensvlak met de elektroden zijn georiënteerd. De transparante 5 cholesterische textuur waarbij de assen van de helices loodrecht pp de oppervlakken van de steunplaten staan, wordt in plaats van de planair-conische textuur echter de Grand-Jean textuur genoemd.

Figuur 2 toont een deels opengewerkte weergeef inrichting volgens een eerste uitvoeringsvorm. De weergeef inrichting bevat twee 10 glazen steunplaten 1 en 2, waartussen zich een laag cholesterisch vloeibaar kristal bevindt. De naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten 1 ei 2 zijn voorzien van eerste dijkjes 3 net een grootste breedte van 300yum, die zijn gelegen op een onderlinge steek van 1,20 mti. Tussen twee eerste dijkjes 3 bevinden zich een aantal,.

15 tweede dijkjes 4 met een grootste breedte van 20^um, die zijn gelegen op een onderlinge steek van 1OO^um. De hoogte van de eerste en tweede dijkjes 3 en 4 bedraagt 6^um. Bij de gegeven afmetingen bevinden zich tussen twee eerste dijkjes 3 telkens negen tweede dijkjes 4, waarvan er in de figuur voor de duidelijkheid slechts een aantal zijn weerge-20 geven.

De eerste en tweede dijkjes 3 en 4 worden aangebracht door een glasplaat eerst met een nikkel-fosforlaag te bedekken en hierin op bekende wijze met een fotolak een masker voor de dijkjes 3 en 4 aan te brengen. Vervolgens wordt geëtst met een oplossing van airmonium-25 fluoride en waterstof fluoride. De diepte van de tussen de eerste en tweede dijkjes 3 en 4 gelegen groeven wordt geregeld door de etsduur en de concentratie van de etsvloeistof. Door deze wijze van etsen worden groeven verkregen waarvan de diepte over de gehele glasplaat goed homogeen is. Door etsen kunnen groeven worden verkregen met 30 een diepte van ongeveer 4-15^um. De eerste en tweede dijkjes 3 en 4 kunnen ook door middel van zeefdrukken op een glasplaat worden aangebracht. De eerste en tweede dijkjes 3 en 4 kunnen ook van een fotolak worden vervaardigd. Hierbij wordt op elk van de steunplaten een laag fotolak aangebracht, die via een masker wordt belicht. De niet belichte 35 delen worden opgelost en de overblijvende belichte delen vormen de dijkjes. Op de glasplaten 1 en 2 zijn elektroden 5 aangebracht, die zich over de tweede dijkjes 4 uitstrekken tot op de eerste dijkjes 3.

De elektroden 5 zijn van elkaar gescheiden door een 100^um 8200069 EHN 10.234 7 ft brede strook op de eerste dijkjes 3. De elektroden 5 worden aangebracht door de van de dijkjes 3 en 4 voorziene glasplaten 1 en 2 eerst in zijn geheel te bedekken met een ongeveer 0,1yUm dikke laag indium- en/of tinoxide. Na het aanbrengen van een masker wordt het elèktrodepatroon 5 geëtst met een oplossing van ferrichloride en zoutzuur (FeCl^+HCl).

De elektroden 5 op glasplaat 1 vormen qp deze wijze bijvoorbeeld de rijen en de elektroden 5 op glasplaat 2 de kolommen van een matrix van beeldelementen. Over het gehele oppervlak van de glasplaten 1 en 2 is een isolerende laag 7 van Si02 roet een dikte 0-,5^um door sputteren 10 aangebracht. Ter verkrijging van een hcmeotrope oriëntatie van het vloeibare kristal aan het grensvlak van de steunplaten, wordt de isolerende laag 7 behandeld met bijvoorbeeld een oplossing van perfluorsilane in hexaan. In plaats ran een oriënteringslaag aan te brengen op een isolerende tussenlaag is het eveneens mogelijk rechtstreeks een isole-15 rende oriënteringslaag aan te brengen. De eerste en tweede dijkjes 3 en 4 van de steunplaten 1 en 2 raken elkaar op de kruispunten en bewerkstelligen daarmee dat de steunplaten over het gehele oppervlak van de inrichting op de juiste afstand van elkaar worden gehouden. De beeldelementen van de matrix bevinden zich op de kruisingen van de elektroden 20 5 op de steunplaten 1 en 2. Elk beeldelement bezit vier randen, die worden gevormd door de op de dijkjes 3 gelegen delen van de elektrode 5. Ter plaatse van deze randen is de dikte van de laag vloeibaar kristal twee maal zo klein als de maximale dikte van de laag in een beeldelement. De randen van een beeldelement bevinden zich daardoor in de homeotroop-25 nematiscbe textuur bij een veldsterkte boven E2 indien het beeldelement zelf zich in de homeotroqp-nematische textuur bij een veldsterkte tussen E^ en E2 bevindt. Hiermee wordt voorkomen dat de focal-conische textuur waarmee een beeldelement wordt amgeven ingroeit in de homeotroop-nematische textuur van het beeldelement.

30 De in het beschreven voorbeeld negen dijkjes 4 delen elk beeldelement op in 100 subelementen. De randen van de subelementen worden gevormd door de dijkjes 4. Ter plaatse van de dijkjes 4 is de laag vloeibaar kristal tweemaal zo dun als ter plaatse van het centrale gedeelte van de subelementen. Ontstaat binnen een subelement ten gevolge 35 van een inhanogeniteit aan of verontreiniging van het oppervlak van de elektroden de focal-conische structuur dan kan deze structuur zich niet uitbreiden over het hele beeldelement. De focal-conische structuur blijft beperkt tot één enkel subelement door de veldsterkte hoger dan 8200069

* P

ΕΉΝ 10.234 8 E2, die aan de randen van het subelement heerst.

Bij de getoonde uitvoeringsvorm bezitten de tweede dijkjes 4 dezelfde hoogte als de eerste dijkjes 3. De tweede dijkjes 3 kunnen echter ook lager dan de eerste dijkjes 3 als de veldsterkte 5 aan de raröen van een suhelément maar hoger dan E2 is.

Een tweede uitvoeringsvorm wordt toegelicht aan de hand van figuur 3, die een doorsnede van een deel van de inrichting toont en waarin gelijke onderdelen met dezelfde verwijzingscijfers als in figuur 2 zijn aangegeven. De steunplaten 1 en 2 bevatten weer eerste tfl dijkjes 3 en tweede dijkjes 4 waarop elektroden 5 zijn aangebracht.

Op de strook tussen de elektroden 5 op de dijkjes 3 bevindt zich echter een verhoging 10 met een breedte van 40^um en een hoogte van 2,5^um. De hoogte van de tweede dijkes 4 bedraagt 3,5^um. De verdere afmetingen van de dijkjes zijn hetzelfde als bij fig. 2. Op elk .van.

15 de steunplaten 1 en 2 is een oriënteringslaag aangebracht, die niet elektrisch isolerend behoeft te zijn, daar de steunplaten 1 en 2 met de verhogingen 10 tegen elkaar aanliggen. Ter plaatse van de rand van de beeldelementen en ter plaatse van de randen van de subelementen heeft de laag vloeibaar kristal een geringere dikte dan in de centrale 20 gedeelten van de subelementen. Deze randen bevinden zich in de haneo-troop-nematische textuur bij een veldsterkte boven indien in de centrale gedeelten van de subelementen zich in de honeotroop-nematische textuur bij een veldsterkte tussen E^ en E2 bevinden. Hiermee wordt weer het ingroeien van de focal-conische textuur van buitenaf voor-25 kanen en blijft het ontstaan van de focal-conische textuur door inhctno-geniteiten aan het oppervlak beperkt tot een enkel subelement.

30 35 8200069

Claims

1. Weergeef inrichting voorzien van twee steunplaten, een groot aantal beeldelementen welke worden gevormd door elkaar kruisende patronen van stripvormige elektroden op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten, oriënterende lagen op de elektroden 5 en het vrij liggende oppervlak van de steunplaten, een laag choles-terisch vloeibaar kristal tussen de steunplaten, welk vloeibaar kristal bij het aanleggen van een elektrisch veld over de laag beneden een zekere veldsterkte een focal-conische textuur, boven een zekere veldsterkte een hcmeotroop-nematische textuur en voor een veld-10 sterkte tussen E^ en E^ één van genoemde texturen bezit, en welke inrichting is voorzien van eerste middelen cm het vloeibare kristal aan de randen van elk beeldelement in de hcmeotroop-nematische textuur boven een veldsterkte E2 te houden indien in het centrale gedeelte van het beeldelement een veldsterkte tussen E^ en E2 heerst, met het. 15 kenmerk, dat de inrichting is voorzien van tweede middelen welke elk beeldelement opdelen in een aantal subelementen ai welke de randen van elk subelement in de hcmeotroop-nematische textuur boven een veldsterkte E2 houden indien ter plaatse van het beeldelement een veldsterkte tussen en E2 heerst.

2. Weergeef inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste middelen worden gevormd door qp de steunplaten gevormde eerste dijkjes, welke zijn gescheiden door groeven en waarvan de hoogte nagenoeg gelijk is aan de helft van de dikte van de laag vloeibaar kristal, dat de tweede middelen worden gevormd door een aantal in elke 25 groef gevormde tweede dijkjes en dat in de groeven elektroden zijn aangebracht, welke zich over de tweede dijkjes uitstrekken tot op de eerste dijkjes en welke van elkaar zijn gescheiden door een strook op de eerste dijkjes.

3. Weergeef inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, 30 dat de hoogte van de tweede dijkjes nagenoeg gelijk is aan de hoogte van de eerste dijkjes.

4. Wèergeefinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat zich ter plaatse van de strook tussen twee elektroden qp de eerste dijkjes een verhoging bevindt.

5. Weergeef inrichting volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de oriënterende lagen qp de elektroden en het vrij liggende oppervlak van de steunplaten tevens elektrisch isolerende lagen zijn. 8200069 PHN 10.234 10 ir

6. Weergeefinrichting volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, net het kenmerk, dat de oriënterende lagen zijn aangebracht qp een elektrisch isolerende tussenlaag, welke op de elektroden en het vrij liggende oppervlak van de steunplaten is aangebracht. 5 15 9 20 25 30 35 8200069