DE2119339C2

DE2119339C2 - Elektrooptische Anzeigezelle

Info

Publication number: DE2119339C2
Application number: DE2119339A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Phys. 7912 Weissenhorn Fahrenschon; Manfred Dipl.-Phys. 7900 Ulm Schiekel; Elfriede 7931 Oberdischingen Ziegler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-04-21
Filing date: 1971-04-21
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE2119339A1; FR2133987B1; FR2133987A1; GB1387317A

Description

45

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrooptische Anzeigezelle mit einer zwischen sich gegenüberliegenden Elektroden hermetisch eingeschlossenen nematogenen flüssigkristallinen Phase, deren Durchlässigkeit '«> im polarisierten Licht zumindest in spektralen Teilbereichen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die sich gegenüberliegenden Elektroden derart spannungsabhängig veränderbar ist. daß die optische Hauptachse der flüssigkristallinen Phase bei fehlender Spannung π senkrecht zu den Elektroden orientiert ist. bei Anlegen einer geringen elektrischen Spannung eine Auslenkung gegenüber der Senkrechten /u den Elektroden erfährt und erst bei weiter erhöhter Spannung in den Zustand der dynamischen Streuung übergeht. *>o

Es ist bereits z. B. aus der Zeitschrift F.lectro-Technotogy, Jan 1970, S. 41-50 bekannt, daß Flüssigkristalle, insbesondere flüssige Stoffe mit nematischen Mesophasen dann, wenn sie als dünne Schicht zwischen elektrischen Elektroden gebracht werden, sowohl im f>3 Auflicht als auch im Durchlicht bei Anlegen unterschiedlicher Spannungen unterschiedliche optische Eigenschaften zeigen. Dieser Effekt wird zur Herstellung von Lichtventilen und Anzeigeelementen ausgenutzt

Es sind dabei Flüssigkristallzellen bekannt deren Flüssigkristall im spannungslosen Zustand bezüglich seiner optischen Hauptachse senkrecht zu den Elektroden ausgerichtet ist und bei Anlegen einer Spannung geordnet geneigt oder gedreht wird. Es ist ferner bekannt Flüssigkristallzellen zwischen gekreuzten Polansatoren zu betreiben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich des Kontrastes 2 wischen den optischen Anzeigezuständen verbesserte \nzuigezelle der eingangs genannten Art anzugeben.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die hermetische Abdichtung der Anzeigezelle zumindest insoweit als eine Berührung zwischen der flüssigkristallinen Phase und der Abdichtmasse gegeben ist mittels eines Glaslotes vorgenommen ist

Die Verwendung von Glaslot als Abdichtmasse stellt sicher, daß von den Randbereichen der Zelle her keine Störungen in der geordneten Ausrichtung dei Flüssigkristalls erfolgen. Es hat sich gezeigt daß bereits geringfügige derartige Störungen stark kontrastvermindcrnd wirken.

Es hat sich nämlich als zweckmäßig erwiesen, mit dem Flüssigkristall möglichst keine Stoffe in Berührung zu bringen, die an ihren Grenzoberflächen endständige polare Gruppen aufweisen. Insbesondere sollte die Verwendung von Kunststoffen im Bereich des Flüssigkristalls vermieden *erden. Die Kapselung der Anzeigezelle mit Hilfe eines Glaslotes führt dagegen zu keinen solchen Störungen. Bei Verwendung von Distanzstücken is» es notwendig, diese aus Glas. Keramik oder Metallen anzufertigen.

Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden (DE-PS 21 59 165). Flüssigkristallzellen mit Glaslot abzudichten, jedoch ist in diesem älteren Patent der verwendete Anzeigeeffekt nicht näher festgelegt

Die vorliegende Zelle besitzt ein hohes Kontrastverhältnis, sowie eine besonders hohe Nichtlinearität der Betriebskennlinie K=K (i/, 01) wobei K= Kontrast. U= Zellenspannung, ω = Be'riebst. i^uenz. Durch die hohe Nichtlinearität der Kennlinie eignen sich diese Zellen, wie unten im Einzelnen erläutert wird, besonders gut zur Herstellung von Kreuzrasteranzeigeelementen, da die dem Fachmann als »Kreuzeffekt« bekannte Übersprecherscheinung ohne zusätzliche externe Maßnahmen in für die Praxis ausreichendem Maße bis in die Randbereiche unterdrückt wird.

Bei dieser Anzeigezelle weist die flüssigkristalline Mesophase bei fehlernder Zellenspannung einen solchen Ordnungszustand auf. daß der Ordnungsgrad

S = 1 --sin²0

möglichst groß und die mittlere Hauptachse der Moleküle des Molekülverbandes (entspricht etwa der optischen Hauptachse) senkrecht zu den Elektroden orientiert ist (Zustand sog. »aufgerichteter Phasen«). Bei Anlegen einer geringen elektrischen Gleich- oder Wechselspannung an die Zellenelektroden von vorzugsweise kleiner 20 Volt, insbesondere kleiner 10 Volt wird bereits eine Änderung des »Winkels zwischen der Hauptachse und der Flächennormalen der Elektroden bewirkt (Zustand sog. »schräggestellter Phasen«). Diese Winkeländerung zwischen den so beschriebenen Phasenlagen ist außerordentlich spannungssensitiv. Mit diesem Kippen der Phase kann man auf zweierlei Weise

eine wirkungsvolle Licjuateuerung realisieren, nSmlich zum einen durch Drehung der Polarisationsebene des einfallenden Lichtes und zum anderen durch Änderung der spektralen Absortion plechochroitischer Farbstoffe.

Bei höheren Zellen-Spannungen gelangt man je nach Betriebsfrequenz in das Gebiet der dynamischen Streuung.

Es werden großflächige Zellen mit aufgerichteten Phasen mit einer Schichtdicke zwischen wenigen μπι bis etwa 100 μπι, insbesondere zwischen 10 μπι und 30 μΐη verwendet. Es hat sich gezeigt, daß der Zustand aufgerichteter Phasen physikalisch auDerordentlich stabil ist, d. h. daß die Zelle auch nach häufigem Schalten selbst bis in den dynamischen Slreuzustand hinein bei Wegnehmen der Betriebsspannung stets wieder in den ursprünglichen Ordnungszustand der aufgerichteten Phasen zurückkehrt

Anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestcllen bevorzugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert

F i g. 1 zeigt schematisch einen Zellenaufbau. Zwischen 7wei transparenten, isolierenden Platten la und Xb, die auf den sich gegenüberliegenden Ob "rfläclien mit einer transparenten, leitenden Schicht 2a und 26 aberzogen sind, wird die flüssigkristalline Phase 4 so eingebracht daß die Hauptachse des Molekülverbandes im spannungslosen Zustand mit der Flächennormalen annähern den Winkel θ = 0° bildet. Der Abstand zwischen den Platten wird über Distanzstücke 3 festgelegt Die Abdichtung erfolgt mit Glaslot Bei Anlegen einer Spannung U an die Elektroden 2a und 26 wird die Hauptachse des Molekülverbandes gegenüber der Flächennormalen um einen bestimmten Winkel θ gekippt, da Molekülachse und Dipolmoment von nematischen Flüssigkristallen im allgemeinen nicht in einer Richtung liegen.

F i g. 2 zeigt eine Kennlinie einer solchen Anzeigezelle. Als Ordinatenmaß K kann eine charakteristische optische Größe z. B. Helligkeits- oder Farbkontrast dienen. In der A b b. 2 wurde der Kontrast zwischen gekreuzten r-'icols aufgetragen und als Abzisse wurde die Zellenspannung U gewählt Mit wachsender Spannung U ist bis zur Schwellenspannung U_uh„ kein merklicher Effekt festzustellen. Wird jedoch U> U^i_n so tritt ein scharfer Übergang auf und bei der Sättigungsspannung U, ist der Umkippvorgang beendet. Der Bereich zwischen U_Kh» und U, is> äußerst klein und liegt in der Größe von ca. 1 Volt. Bei weiterem Anstieg der Spannung kommt man schließlich in den Bereich der dynamischen Streuung (absinkender Kurventeil), d. h.

der Ordnungszustand der Zelle geht verloren. Das Plateau (Bereich etwa konstanten Kontrastes K) ist abhängig von der Leitfähigkeit der Zelle und/oder dar Frequenz der angelegten Wechselspannung. Es hat sich gezeigt, daß mit zunehmender Frequenz die Größe dieses Bereiches anwächst, so daß für jede Leitfähigkeit der Zeile eine ausreichend große Plateaubreite gefunden werden kann. Durch die hohe Nichtlinearität der Kennlinie im Spannungsbereich zwischen U₅ChW und ίΛ, ίο läßt sich leicht eine geeignete Betriebsspannug U_B der Zelle finden, und zwar so, daß Um kleiner als U.j^ ist, was für Kreuzrasteranzeigezelle von besonderer Bedeutung ist

Die Herstellung solcher Anzeigezellen erfolgt bevorzugt in der Weise, daß man den Flüssigkristall zwischen zwei Isolierstoffplatten einbringt, die durch Distanzstükke auf den gewünschten Abstand von etwa 10 bis ΙΟΟμιτι gebracht werden. Als Elektroden werden bevorzugt Zinnoxydbeläge (Sn O₂) verwendet, die auf den Isolicrsioffplatten, die bevorzugt aus Glas bestehen, aufgebracht sind. Als besonders vorHlhaft hat es sich erwiesen, vor dem Zusammenbau der Zelle die Deckplatten zusammen mit den bereits aufgebrachten Zinnoxydschichten einer Wärmebehandlung bei Temperatüren über 250⁰C zu unterwerfen, wobs.: die Temperatur zweckmäßig bis dicht unter den Erweichungspunkt der Glasplatten gebracht wird. Nach dem mechanischen Zusammenbau der Zelle wird der Flüssigkristall durch eine öffnung in den Deckplatten so eingebracht und nach Füllung diese öffnung wieder verschlossen. Es hat sich herausgestellt daß es besonders zweckmäßig ist, einen Flüssigkristall zu verwenden, der einen sehr geringen Wasseranteil besitzt. Der Wassergehalt soll zweckmäßig kleiner 0.5%, insbesondere kleiner 0,1% sein. Eine große Reinheit des Flüssigkristalls wirkt zudem begünstigend auf eine Aufrichtung der Phasen.

In Fig.3 ist in zwei Darstellungen eine Anzeigevorrichtung dargestellt die in Form eines Kreuzrastpr-Tableaus aufgebaut ist Die beiden aus Glas bestehenden Deckplatten 1 und la werden durch Distanzteile 3 in den' gewünschten Abstand zueinander gehalten. Die sich zugewandten Oberflächen der Glasplatten 1 und la sind mit parallel zueinander verlaufenden leitungszägen 2 und 2a aus Zinndioxyd (Sn O₂) belegt. Dabei sind die beiden Deckplatten 1 und la so zueinander orientiert, daß sich die Leitungszüge der einen Deckplatte 1 mit den parallelen Leitungszügen der anderen Deckplatte I a kreuzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrooptische Anzeigezelle mit einer zwischen sich gegenüberliegenden Elektroden hermetisch eingeschlossenen nematogenen flüssigkristallinen Phase, deren Durchlässigkeit im polarisierten Licht zumindest in spektralen Teilbereichen durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die sich gegenüberliegenden Elektroden derart spannungsabhängig veränderbar ist, daß die optische Hauptsache der flüssigkristallinen Phase bei fehlender Spannung senkrecht zu den Elektroden orientiert ist, bei Anlegen einer geringen elektrischen Spannung eine Auslenkung gegenüber der Senkrechten zu den Elektroden erfährt und erst bei weiter erhöhter Spannung in den Zustand der dynamischen Streuung übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß die hermetische Abdichtung der Anzeigezelle, zumindest insoweit, als eine Berührung zwischen der flüssigkristallinen Phase (4) und der Abdichtniasse gegeben ist. mittels eines Glaslotes vorgenommen ist

2. Elektrooptische Anzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine flüssigkristalline Phase (4) verwendet ist, dessen Wassergehall kleiner 0,5%, insbesondere kleiner 0,1 % ist.

3. Elektrooptische Anzeige-elle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode (2, 2a) aus auf einem Isolator (1, \a) insbesondere Glas, aufgebrachtem Zinnoxyd besteht das vor Einbringen der flüssigkristallinen Ph: se einer erhöhten Temperatur, insbesondere größer 250⁰C, vorzugsweise bis dicht unterhalb des Transformationspunktes des Glases. « ausgesetzt wurde.

4. Elektrooptische Anzeigezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß beide sich gegenüberliegende Elektroden (2, 2a) aus getrennt ansteuerbaren parallelen Streifen bestehen. die gegeneinander einen Winkel von 90° einschließen.