DE2542235B2 - Fluessigkristall-anzeige mit bistabiler cholesterinischer fluessigkristall- schicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-(FK-)Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derart aufgebautes Display ist in »Berichte der Bunsen-Gesellschaft«, Heft 9, 1974, Seiten 912 bis 914, insbesondere Abschnitt 4, beschrieben. Diese vorbekannte Ausführung ist matrixadressiert, wird von einem elektrischen Feld angesteuert und hat eine FK-Schicht mit einer positiven Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten (DK).

Einige cholesterinische FK-Gemische zeigen unter gewissen Randbedingungen, insbesondere bei einer homöotropen Wandorientierung, einen Bistabilitätseffekt: Sie gehen oberhalb eines Schwellwertes E_cn aus ihrer energetisch stabilen, gewöhnlich fokal-konischen Struktur in eine homöotrop nematischen Orientierung über und kehren erst unterhalb eines scharf definierten Schwellwertes E„_c — unter kurzzeitiger Ausbildung eines planar-konischen Zwischenzustandes — in ihre stabile Lage zurück. Das Verhältnis £_Cn/£nc kann Werte bis zu 3 annehmen, unter Umständen ist es sogar möglich, den unteren Schwellwert zu Null zu machen. In diesem Sonderfall, bei dem die auf den Plattenabstand normierte Ganghöhe der charakteristischen cholesterinischen Schraubenstruktur mit den Elastizitätskonstanten der FK-Substanz in einer bestimmten Beziehung stehen muß, sind dann im feldfreien Zustand sowohl eine homöotrop-nematische als auch eine planar-konische Textur nebeneinander stabil; beide Texturen können hierbei ineinander überführt werden, wenn die DK-Anisotropie der FK-Substanz in Abhängigkeit von der Frequenz das Vorzeichen wechselt, beispielsweise mit wachsender Frequenz von positiven zu negativen Werten übergeht.

Die geschilderte Zustands-Hysterese ist insbesondere für matrixadressierte, im Zeitmultiplex-Verfahren betriebene FK-Anzeigen außerordentlich wertvoll, da bei Matrixanzeigen die Information bekanntlich zeilenweise eingeschrieben und in jeder Zeile bis zum Ablauf der Bild-Periode gespeichert werden muß. Dabei kann eine um so größere Informationsmenge verarbeitet werden, je größer das Verhältnis zwischen der möglichen Speicherzeit und der erforderlichen Einschreibzeit, das sogenannte »Multiplex-Verhältnis«, ist.

Bistabile FK-Gemische könnten theroretisch ihre einmal erzeugte homöotrop-nematische Textur bei einem geeigneten Haltefeld nahezu unbegrenzt beibehalten, also Informationen beliebig lange speichern. In der Praxis ist ihr Speichervermögen jedoch drastisch reduziert, und zwar im wesentlichen deshalb, weil in jeden homöotrop-nematischen FK-Bezirk — ausgehend von Verunreinigungen sowie der stets fokal-konischen Umgebung des Bezirks — die energetisch günstigere fokal-konische Mesophase allmählich hineinwächst. Durch eine besonders sorgfältige Reinigung der Plattenoberflächen lassen sich die singulären Störkeime weitgehend eliminieren. Um auch den Informationsabbau vom Rand her unterdrücken zu können, ist in der

eingangs zitierten Veröffentlichung bereits angeregt worden, die Fläche zwischen den Matrixelementen durch ein besonderes Elektrodensysttm auf einer festen Spannung zu halten, die den FK in diesen Flächen stets nematisch läßt. Konkrete Realisierungsmöglichkeiten für solche unzerstörbar nematischen Bezirke sind der genannten Arbeit allerdings nicht zu entnehmen; sie stehen bis heute noch aus.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, Mittel und Wege zu finden, wie bei einem FK-Display mit bistabiler cholesterinischer FK-Schicht die beschriebenen nematischen Bezirke bzw. Ränder ohne allzugroßen Aufwand, vor allem auch frei von störenden Nebeneffekten, insbesondere ohne optische Verschlechterungen, verwirklicht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei eine. FK-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß in einer ersten Ausführung vorgesehen, daß die Randelektroden ebenfalls auf den Platteninnenflächen aufgebracht sind, wobei zwischen den Bild- und den Randelektroden ein elektrisch isolierender Abstand verbleibt, und daß die Randelektroden jeweils mit einer elektrisch isolierenden Schicht überzogen sind, die auch noch die benachbarten Bildelektroden teilweise überlappt. Alternativ hierzu ist eine FK-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1 erfindungsgemäß in einer zweiten Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Randelektroden und der Platteninnenlläche eine elektrisch isolierende Schicht (Zwischenschicht) befindet und die Randelektroden an die Bildelektroden (in Richtung der Plattennormalen gesehen) bündig angrenzen.

Beide erfindungsgemäßen Display-Varianten haben gemeinsam, daß die FK-Schicht praktisch querfeldfrei ist; werden die Randelektroden von Zwischenschichten getragen (Ausführung 2), so können sich keinerlei Querfelder ausbilden; sind die Randelektroden den Platten direkt und mit Abstand zu den Bildelektroden aufgetragen (Ausführung 1), dann existieren zwar Querfelder, diese Felder verlaufen jedoch im wesentlichen in der elektrisch isolierenden Schicht, und dringen nur wenig in den FK ein. Damit können sich in beiden Fällen auch im Übergangsbereich zwischen Rand- und Bildelektrode keine unüberschaubaren und möglicherweise lokale Strukturstörungen hervorrufende Feldverhältnisse ergeben.

Die Ausführung 1 hat den weiteren Vorteil, daß man mit den Randelektroden in der Ebene der Bildelektroden bleibt und damit die Kurzschlußgefahr des Displays nicht erhöht. Außerdem können alle Elektroden in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden. Die Ausführung 2 verlangt zwar eine sorgfältige Plattendistanzierung sowie mehrere Fertigungsschritte, erzeugt aber keinerlei Querfelder, gestattet eine bündige Bildelektroden-Begrenzung durch die Randelektroden und gibt schließlich aufgrund des verkürzten Abstandes zwischen den Randelektroden und ihren Gegenelektroden unter Umständen die Möglichkeit, mit relativ niedrigen Randelektrodenpotentialen auszukommen.

Bei einer erfindungsgemäßen FK-Anzeige befinden sich die Bildschirmbereiche außerhalb der Bildsegmente stets in einem homöotropnematischen Zustand, so daß man gewöhnlich für den gesamten Bildhintergrund einschließlich der gelöschten Bildsegmente die homöotrop-nematische Struktur und für das Bild selbst, d. h. seine einzelnen Segemente, die fokal-konische Orientierung wählen wird. Es sind aber auch andere Darstelliinestechniken denkbar, insbesondere, wenn die Raiidelektroden so schmal sind, daß die ständigen nematischen Ränder optisch nicht in Erscheinung treten. Die beiden Texturen kontrastieren optisch bekanntlich besonders stark gegeneinander, wenn man das Display zwischen zwei gekreuzte Polarisatoren setzt; in diesem Fall erscheinen die nematischen FK-Bereiche im Durchlichtbetrieb dunkel und die cholesterinischen FK-Bereiche hell (ein homöotrop-nematisch orientierter FK läßt Licht ungehindert und ohne Änderung seiner Polarisation durch, während ein fokal-konisch strukturierter FK Licht streut und depolarisiert).

Mit besonderem Vorteil ist eine erfindungsgemäße FK-Anzeige als Matrix-Anzeige ausgebildet und findet vor allem in Datensichtgeräten Verwendung.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung, mit weiteren Merkmalen und Einzelheiten näher erläutert werden. Einander entsprechende Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FK-Matrixanzeige in einem Seitenschnitt und

F i g. 2 und 3 von einem zweiten bzw. dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen FK-Matrixanzeige einen Ausschnitt im Seitenschnitt.

Alle dargestellten Display-Ausführungen werden in Transmission betrieben und unterscheiden sich konstruktiv lediglich in der Beschichtung der Platteninnenflächen.

Die Ausführung der F i g. 1 enthält im einzelnen zwei Trägerplatten 1, 2, die auf ihren einander zugewandten Innenflächen jeweils einen Elektrodenbelag tragen. Jeder der beiden Elektrodenbeläge umfaßt zueinander parallele Bildstreifenleiter (Bildzeilenleiter 3, Bildspaltenleiter 4); die Leiterscharen beider Trägerplatten stehen zueinander senkrecht, so daß sich insgesamt eine aus einzelnen Bildpunkten (Kreuzungspunkte der Bildzeilenleiter und Bildspaltenspaltenleiter) aufgebaute Bildmatrix ergibt. Zwischen den Bildstreifenleitern einer jeden Platteninnenfläche verlaufen, von den Bildstreifenleitern jeweils in einem elektrisch isolierenden Abstand ' gehalten, weitere Streifenleiter (Randstreifenleiter; Randzeilenleiter 5, Randspaltenleiter 6). Jeder Randstreifenleiter ist dabei mit einer elektrisch isolierenden Schicht 7 bzw. 8 überzogen, die auch noch die beiden benachbarten Bildstreifenleiter etwas überlappt. Beide Platten I₁ 2 sind an ihren Rändern über einen Glaslotrahmen 9 in einer Distanz von etwa 15 μΐη miteinander verbunden. In der Kammer zwischen beiden Platten befindet sich eine FK-Schicht 10, die durch eine (nicht dargestellte) Füllöffnung im Glaslotrahmen eingegeben und durch Verschließen der Füllöffnungen hermetisch von der Umwelt abgeschlossen ist.

Die Display-Teile bestehen aus folgenden Materialien: Die beiden Trägerplatten sind aus Glas, die Elektrodenbeläge aus SnÜ2 oder einer Mischung aus SnÜ2 und Ιη2θ3, die elektrisch isolierenden Schichten aus S1O2, der Glaslotrahmen aus einem Glaslot mit niedrigem Schmelzpunkt, die FK-Schicht beispielsweise aus einer nematischen Azoxy-Verbindung mit 7 bis 20% Cholesterylchlorid (ZLI 319 der Fa. Merck) oder einer Schiffschen Base (RO-TN 200 der Fa. Hoffmann-La Roche) mit einem geeigneten cholesterinischen Zusatz. Der FK-Substanz könnte zur Kontrastverbesserung und/oder zur Schaffung einer farbigen Darstellung ein dichroitischer Farbstoff beigemischt sein.

Die Matrixanzeige kann auf verschiedene Weise

betrieben werden: Die Information wird zeilenweise eingeschrieben. Dabei steht an allen Bildpunkten der Matrix das Haltefeld E_h; nur an den Bildpunkten der selektierten Zeile steht informationsabhängig entweder das Feld £"=0 oder 2 - Eh. Nach dem Einschreiben der s letzten Zeilen beginnt der Durchlauf wieder mit der ersten Zeile. Die Feldstärke Eh liegt im Bereich zwischen 0,6 und 1,2 V/μηι. Die Zeilenauswahlzeit hängt von der Schaltzeit für den Übergang cholesterinisch-nematisch ab und beträgt etwa 100 bis 200 ms (Beispiel 1).

In einer abweichenden Ansteuerung wird die genannte Matrix vor dem Bildaufbau in den fokal-konischen Zustand gebracht (E=O). Anschließend steht an allen Matrixbildpunkten wieder das Haltefeld Eh- Die Information wird zeilenweise eingeschrieben, derart, daß an diejenigen Bildpunkte, die nematisch werden sollen, das Feld 3 · Zugelegt wird. Diese Ansteuerung hat gegenüber der zuerst beschriebenen den Vorteil, daß die Zeilenauswahlzeit auf 30 bis 50 ms reduziert ist (Beispiel 2).

In einem weiteren Ansteuerungsverfahren wird die gesamte Matrix vor dem Bildaufbau mit einem Spannungsimpuls nematisch gemacht. Anschließend steht an allen Matrixbildpunkten Eh. Die Information wird zeilenweise eingeschrieben, und zwar wie im ersten Betriebsbeispiel. Die Zeilenauswahlzeit beträgt 20 bis 30 ms, bestimmt durch die Schaltzeit vom nematischen in den cholesterinischen Zustand (Beispiel 3).

Für weitere Betriebs- und Herstellungseinzelheiten sei auf die DT-OS 23 61 421 verwiesen.

Alle Bildpunkte der Matrix sind von sich ergänzenden Randstreifenleitern vollständig umschlossen. Im Display-Betrieb liegen die Randstreifenschalter auf solchen Potentialen, daß in der FK-Schicht am Ort der Bildpunktränder ständig ein minimales elektrisches Feld Er größer als E_c„ herrscht. Bei Wahl der geeigneten Randspannung ist zu beachten, daß die Feldstärke in den einzelnen Bildpunkträndern nicht überall gleich groß ist, da die Randstreifenleiter längs ihrer Erstrekkung verschieden vorgespannte Gegenelektroden vorfinden, nämlich Rand- und Bildstreifenleiter und über sehr kurze Strecken auch die Platteninnenfläche selbst.

Bei der Ausführung der F i g. 2 befindet sich zwischen jedem Randstreifenleiter 5, 6 und der ihn tragenden Platte 1 bzw. 2 eine isolierende, ebenfalls streifenförmige Zwischenschicht (Isolierstreifen 11 bzw. 12). Durch diese Isolierstreifen ist der Abstand zwischen den Randstreifenleitern und den ihnen zugehörigen Gegen elektroden verkürzt, so daß man mit einer geringerei Spannung zur Erzeugung der erforderlichen Feldstärki Er auskommt. Außerdem kann der Randstreifenleiter s< bemessen werden, daß er in der Draufsicht bündig an dii Bildstreifenschalter angrenzt; damit sind den einzelnei Randstreifenleitern stets Streifenleiter als Gegenelek troden zugeordnet und herrschen sehr klare Feldver hältnisse. Dabei können die Randstreifenleiter dei Zwischenraum zwischen zwei benachbarten Bildstrei fenleitern gerade ausfüllen oder aber beide Bildstreifen leiter etwas überlappen.

Das dritte Ausführungsbeispiel (F i g. 3) unterscheide sich von dem vorhergehenden Beispiel darin, daß dii Trägerplatten mit einer durchgehenden, auch dii Bildelektroden bedeckenden Zwischenschicht aus elek trisch isolierendem Material (Isolierüberzug 13 bzw. 14 überzogen sind. Jeder Isolierüberzug trägt jeweils einei leitenden Film, aus dem die Bildpunkte ausgespart sine und der somit die Form eines Netzes erhält (Randstrei fenleiternetz 5 bzw. 6). Der Vorteil dieser Modifikatiot besteht darin, daß jedes Leiternetz nur einen Span nungsanschluß benötigt und einen relativ niedrigei Flächenwiderstand hat. Außerdem ist in jeder Randzom das Feld praktisch homogen verteilt, und man könnt< sogar bei der Wahl einer Zwischenschicht mit eine geeigneten Dielektrizitätskonstanten auch noch di< Feldstärken am Ort der Bildpunkte variieren, beispiels weise absenken. Allerdings ist auf eine sorgfältigi Präparation der Zwischenschicht zu achten, damit e nicht an Stellen, an denen das Netz die Bildstreifenlcite kreuzt, zu Kurzschlüssen kommt (die Schicht da keim durchgehenden sogenannten pin-holes aufweisen).

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte! Ausführungsbeispiele beschränkt. So braucht man nich unbedingt eine Matrix-Anzeige zugrunde zu legen vielmehr kommen ganz allgemein FK-Displays in Frage bei denen Information durch Anlegen eines Haltefelde oder auch im feldfrcien Zustand gespeichert werdei soll, beispielsweise graphische Displays oder die üblicher Anzeigen für alphanumerische Ziffern. In der Rege wird man die Anzeige mit einem elektrischen FeIi ansteuern, grundsätzlich ist aber auch der Betrieb mi einem Magnetfeld und dementsprechend einer FK Schicht mit einer zumindest in einem bestimmtei Frequenzbereich positiv anisotropen magnetischei Suszeptibilität möglich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeige zur Darstellung von Bildern, mit zwei Trägerplatten, die zwischen sich eine bistabile cholesterinische Flüssigkristall-Schicht mit einer homöotropen Wandorientierung hermetisch dicht einschließen und auf ihren Innenflächen jeweils einen Elektrodenbelag tragen, wobei die Flüssigkristall-Schicht zumindest in einem bestimmten Frequenzbereich eine positiv anisotrope Dielektrizilätskonstante hat und bei Feldstärken größer oder gleich einem ersten Schwellwert (E_cn) eine homöotrop-nematische Textur annimmt, in der sie in einem endlichen elektrischen Feldstärke-Bereich (Haltefeldstärke-Bereich) mit einem unteren Schwellwert (E_n.-, E_nc<Ecn) verbleibt, wobei ferner zum Aufbau des darzustellenden Bildes aus einzelnen Bildsegmenten der Elektrodenbelag zumindest einer der beiden Trägerplatten getrennt ansteuerbare Bildelektroden, vorzugsweise der Elektrodenbelag beider Trägerplatten streifenförmige Bildelektroden (Bildzeilenleiter bzw. Bildspaltenleiter einer Bildmatrix), aufweist und wobei schließlich zur Langzeitspeicherung der homöotrop-nematischen Textur der Elektrodenbelag zumindest einer der beiden Trägerplatten zusätzliche, von seinen Bildelektroden elektrisch isolierte Elektroden (Randelektroden) enthält, die im Betrieb der Flüssigkristall-Anzeige auf einem solchen Potential liegen, daß in der Flüssigkristall-Schicht am Ort der Randelektroden eine minimale elektrische Feldstärke (E_r) größer oder gleich E_cn herrscht, dadurch gekennzeichnet, daß die Randelektroden (5,6) ebenfalls auf den Platteninnenflächen aufgebracht sind, wobei zwischen den Bildelektroden (3, 4) und den Randelektroden ein elektrisch isolierender Abstand verbleibt, und daß die Randelektroden jeweils mit einer elektrisch isolierenden Schicht (7,8) überzogen sind, die auch noch die benachbarten Bildelektroden teilweise überlappt.

2. Flüssigkristall-Anzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Randelektroden (5, 6) und der Platteninnenfläche eine elektrisch isolierende Schicht (11, 12, 13, 14) angeordnet ist und die Randelektroden (5, 6) an die Bildelektroden (3, 4) gesehen in Richtung der Plattennormalen, bündig angrenzen.

3. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11, 12) die Bereiche zwischen den Bildelektroden (3, 4) gerade bedeckt.

4. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (11, 12) die Bereiche zwischen den Bildelektroden (3, 4) bedeckt und außerdem benachbarte Bildelektroden etwas überlappt.

5. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13, 14) eine die Bildelektroden bedeckende, durchgehende Schicht ist.

6. Flüssigkristall-Anzeige nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Bildmatrix, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche beider Trägerplatten (1, 2) streifenförmige, längs der Bildstreifenleiter (3, 4) verlaufende Randelektroden (Randstreifenleiter 5,6) aufweisen.

7. Flüssigkristall-Anzeige nach Anspruch 5, mit

einer Bildmatrix, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehende Schicht (13, 14) auf einer oder beiden Trägerplatten (1, 2) aufgebracht ist und daß die Randelektroden ebenfalls eine durchgehende Schicht bilden (Randsireifenleiternetz 15, 16), aus der die Kreuzungspunkte der Bildstreifenleiter ausgespart sind.