NL7808899A - Weergeefinrichting met vloeibaar kristal. - Google Patents

Description

> * . * ' PEN 9213 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Weergeefinrichting met vloeibaar kristal.

Be uitvinding heeft betrekking op een weergeefin- richting voorzien van twee steunplaten, elkaar kruisende patronen van evenwijdige stripvormige elektroden op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten, een 5 laag cholesterisch vloeibaar kristal met positieve diëlek- trische anisotropie tussen de steunplaten, welk vloeibaar kristal bij het aanleggen van een elektrisch veld over de laag beneden een zekere veldsterkte.E^ een focal-conische textuur, boven een zekere veldsterkte Eg een homeotroop- 10 nematische textuur en voor een veldsterkte gelegen tussen en Eg één van genoemde texturen'.bezit, welke'inrichting verder voorzien is van middelen om het vloeibaar kristal aan de randen van de elektroden boven een veldsterkte E„ 2 in de homeotroop nematische textuur te houden, indien het 15 vloeibaar kristal in het centrale gedeelte van de elec-troden zich bij een veldsterkte tussen E^ en Eg in de homeotroop nematische textuur bevindt. Onder een cholesterisch vloeibaar'kristal wordt hier begrepen een nematisch vloeibaar kristal waaraan"een hoeveelheid cholesterdsch 20 vloeibaar kristal is toegevoegd en welk mengsel een choles-terische textuur bezit.

Een dergelijke weergeefinrichting kan dienen voor het weergeven van alphanumerieke of beeldinformatie.

Een inrichting van de in de eerste alinea vermel-25· de soort is bekend uit het Britse octrooischrift no.

1'.506.331* Bij deze bekende inrichting wordt gebruik gemaakt van een op zich. bekend bistabiliteitseffeet dat sommige 7808899 fo r ' ί' 2 PHN 9213 .

cholesterische vloeibare kristallen onder invloed van een aangelegd electrisch veld vertonen. De in het genoemde octrooischrift beschreven inrichting bevat twee nagenoeg evenwijdige steunplaten. Op de binnenzijden van de steun-5 platen zijn een of meer electroden aangebracht. Tussen de steunplaten bevindt zich een cholesterisch vloeibaar kristal met een positieve diëlectrische anisotropie. De oppervlakken van de electroden hebben op bekende wijze een oppervlaktebehandeling ondergaan, waarmee een homeotrope oriën-10 tatie van de vloeibare kristalmoleculen aan de electrode-oppervlakken is bewerkstelligd. Uitgegaan wordt van een lichtverstrooiende focal-conische textuur, waarbij de assen van de helices evenwijdig aan de electrodeoppervlakken liggen. Bij het aanleggen van een elektrisch véld over de 15 vloeibare kristallaag worden boven een zekere waarde Eg de helices ontwonden en onstaat er een transparante homeotrope nematische textuur. Bij het afnemen van het electrische veld gaat de homeotrope nematische textuur pas weer bij een veldsterkte E^ ζ Eg weer terug naar de lichtverstrooiende 20 focal-conische textuur. Deze focal-conische textuur blijft in de veldvrije toestand voor langere tijd behouden.

Ten gevolge van deze hysterese kan de vloeibare kristallaag zich bij een veldsterkte tussen E^ en Eg> afhankelijk of van een hogere of van een lagere veldsterkte 25 is uitgegaan, ofwel in de transparante homeotroop-nematische textuur ofwel in de lichtverstrooiende focal-conische textuur bevinden.

Van deze hysterese wordt in het bijzonder nuttig gebruik gemaakt bij een zogenaamde matrix-weergeefinrichting. 30 ®en dergelijke weergeefinrichting zijn de electroden in de vorm van evenwijdige strippen op de steunplaten aangebracht. De electroden op de ene steunplaat kruisen hierbij de electroden op de andere steunplaat. De electroden op de ene steunplaat vormen de zogenaamde rijen en de elec-33 troden op de andere steunplaat de zogenaamde kolommen van een matrix. De beeldelementen bevinden zich op de kruis- 7808899 * , I . ' .

3 " ΡΗΝ 9.213 ............ ... ............................................ ..................·.... ______ punten van de rij- en de kolomelectroden.

Gewoonlijk worden bij een matrixweergeefinrichting de rijen aangestuurd (zogenaamd geadresseerd) met een spanning, welke een veldsterkte gelegen tussen en Eg 5 over de vloeibare kristallaag tot gevolg heeft. De infor matie wordt bijvoorbeeld met een even grote positieve of negatieve stuurspanning op de kolommen ingeschreven. Afhankelijk van de totale spanning (nul of tweemaal de stuur-spanning) over een beeldelement treedt een lichtverstrooien-10 de focaL-conische of een transparant-homeotrope-nematische toestand op. In de tijd dat een rij niet is aangestuurd, blijft een transparante homeotroop nematische toestand van een beeldelement bestaan, indien de toestand bij het aansturen eveneens transparant homeotroop-nematisch is geweest. 15 Gedurende de tijd dat deze transparante toestand van een lijnelement stabiel blijft kunnen andere lijnen worden aangestuurd. De stabiliteit van deze transparant homeotroop-nematische toestand wordt echter bgaerkt doordat de omgeving van het beeldelement zich in de focal-conische toestand 15 bevindt. De focal-conische textuur heeft de eigenschap in de homeotroop nematische toestand uit te groeien, hetgeen storende lichtverstrooiende effecten tot gevolg heeft.

Ter voorkoming van dit effect worden volgens genoemd Brits octrooischrift de randen van de electroden 20 bedekt met stripvormige geleiders, welke in direct elektrisch contact met de electroden staan. Indien tussen de eigenlijke electroden een veldsterkte tussen E^ en Eg heerst en de vloeibare kristallaag een transparante homeo-trope nematische textuur bezit, wordt op deze wijze bewerk-25 stelligd dat tussen de randen van de electroden een veldsterkte gróter dan Eg heerst en zodoende een stabiele home-trope nematische toestand aanwezig is.

Voor een goede werking van bovengenoemde methode is het echter vereist, dat de electroden zich nauwkeurig 30 overal op de juiste afstand van elkaar bevinden, daar anders contrastverschillen optreden en de stabiliteitsduur 7808899 τ 4 ΡΗΝ 9213 van de homeotroop-nematische toestand ongunstig wordt beïnvloed. Bovendien veroorzaakt een dergelijke electroden-configuratie in de hoekpunten van elk element ongewenste pieken in de veldsterkte.

Het is het doel van de uitvinding een weergeef-inrichting, welke gebruik maakt van een bistabiliteits-effect van een cholesterisch vloeibaar kristal, aan te geven, waarbij de randen van de electroden geen storende effecten veroorzaken en waarbij de laagdikte van het vloeibare kristal over de gehele inrichting een grote uniformiteit bezit.

Een inrichting van de in de eerste alinea vermelde soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt doordat genoemde middelen worden gevormd door in de steunplaten aangebrachte groeven, welke zijn gescheiden door ribbels en een diepte bezitten gelijk aan de helft van de gewenste dikte van de vloeibare kristallaag, in de groeven aangebrachte electroden, welke zich uitstrekken tot op de ribbels en van elkaar gescheiden zijn door een smalle strook op de ribbels, en een laag diëlectrisch materiaal, welke het electrodenoppervlak en het tussen de electroden gelegen oppervlak van de steunplaten bedekt.

Met een weergeefinrichting volgens de uitvinding worden de randen van een beeldelement op een tweemaal zo hoge veldsterkte gebracht als het eigenlijke electrode-oppervlak. Hiermede wordt het ingroeien van de focal-conische textuur in de homeotroop nematische textuur voorkomen. Doordat de diepte van de groeven de helft is van de gewenste laagdikte van het vloeibaar kristal wordt tevens een goede uniforme afstand tussen de steunplaten verkregen.

Hit hét Duitse Offenlegungsschrift 2.163.043 is het weliswaar bekend om electroden aan te brengen in groeven, welke in glazen steunplaten zijn geëtst en waarvan de afstand tussen de electroden wordt bepaald door de etsdiepte, maar een dergelijke electrodenconfiguratie is niet geschikt om het ingroaen van de focal-conische 7808899 5 /' PHN 9213.......................-___________ . ..... ..........

textuur in de homeotroop-nematische textuur te voorkomen.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van bijgaande tekening waarvan: ' figuur 1 het werkingsprincipe van een weergeefinrichting 5 volgens de uitvinding illustreert, figuur 2 een weergeefinrichting volgens de uitvinding toont, en f±gtiur 3 het aansturen van een matrixweergeefinrichting illustreert.

^ In figuur 1a is een spannings-transmissie- karakteristiek getekend van een weergeefinrichting, welke gebruik maakt van het bistabiliteitseffeet van een choles-terisch vloeibaar kristal met positieve diëlectrische anisotropie. De langsassen van de vloeibaar kristalmole-15 kulen zijn aan het grensvlak met de electroden loodrecht op het electrodeoppervlak georiënteerd. Het electrode-oppervlak heeft hiertoe op bekende wijze een oppervlaktebehandeling ondergaan. Er wordt uitgegaan van êen transparante planair-conische textuur, zoals in fig. 1b schema-20 tisch 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 electroden gaat bij een zekere van de laagdikte en van 25 het gebruikte vloeibare kristal afhankelijke spanning de transparante planair-conische textuur over in een licht-verstrooiende 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 30 spanning boven een zekere waarde ontwinden de helices zich en ontstaat een transparante homeotroop nematische textuur, zoals in fig. 1d is aangegeven. Bij het afnemen van de spanning blijft de transparant homeotroop nematische textuur gehandhaafd tot een spanning , beneden welke 35 spanning weer de lichtverstrooiende focal-conische textuur ontstaat. De focal-consiche textuur blijft behouden bij het 7808899 * *- »: 6 PHN 9213 afnemen van de spanning over de electroden. In de veld-vrije toestand gaat de focal·-conische textuur langzaam over in de planair-conische textuur. De hiervoor benodigde tijden zijn echter groot in vergelijking met de bij een 5 matrix-aansturing gebruikelijke schakeltijden, zodat de planair-conische textuur bij een in werking zijnde matrix-weergeefinrichting niet optreedt. Bij een spanning V1 <V3 ^ bevindt de vloeibare kristallaag zich in een transparante homeotrope nematische toestand indien uitgegaan 10 is van een spanning hoger dan of in een lichtverstrooiende focal-consiche toestand indien uitgegaan is van een spanning lager dan .

Figuur 2 toont een deels opengewerkte weergeef-inrichting volgens de uitvinding. De weergeefinrichting 15 bevat twee glazen steunplaten 1 en 2. De naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de steunplaten 1 en 2 zijn voorzien van evenwijdige groeven 3· De groeven in de steunplaat 1 zijn loodrecht georiënteerd ten opzichte van de groeven in de steunplaat 2.De diepte van de groeven 3 bedraagt 20 6yvm en de onderlinge steek van de groeven bedraagt 1,25 mm.

De groeven 3 zijn van elkaar gescheiden door een ribbel h met een breedte van 300^-um.

De groeven 3 worden aangebracht door een vlakke glasplaat eerst met een nikkel-fosforlaag te bedekken en 25 hierin op bekende wijze met een fotolak een masker voor de groeven aan te brengen. Vervolgens worden de groeven geëtst met een oplossing van ammonium-fluoride en waterstof-fluoride. De diepte van de groeven wordt geregeld door de etsduur en de concentratie van de etsvloeistof. Door deze 30 wijze van etsen worden groeven verkregen waarvan de diepte over de gehele glasplaat goed homogeen is. Door etsen kunnen groeven worden verkregen met een diepte van ongeveer 4-15/um.

De groeven 3 in de glasplaten 1 en 2 zijn bedekt 35 met electroden 5. De electroden 5 bedekken tevens de opstaande randen 6 en gedeeltelijk de ribbels k van de groeven 7808899 V' -7 - Η- ΡΗΝ 9213___________________________________________________________________________________-.......

3· De electroden 5 zijn van elkaar gescheiden door een 1nrynm brede strook op de ribbel 4. De electroden 5 worden aangebracht door de van groeven voorziene glasplaten 1 en 2 eerst in zijn geheel te bedekken met een ongeveer 0,1ƒurn 5 dikke laag indiumoxide. Na het aanbrengen van een masker wordt het electrodepatroon geëtst met een oplossing van ferrichloride en zoutzuur (FeCl^+HCl). De electroden 5 op glasplaat 1 vormen op deze wijze bijvoorbeeld de rijen en de electroden 3 op glasplaat 2 de kolommen van een 10 matrix van beeldelementen. Over het gehele oppervlak van de glasplaten 1 en 2 is een diëlectrische laag 7 van SiO^ met een dikte 0,5yvim door sputteren aangebracht.

De diëlektrische lagen 7 raken elkaar op de vier hoekpunten van elk beeldelement. Het aanbrengen van afstands-15 stukjes voor het op de juiste afstand houden van de steun-platen 1 en 2 is hierdoor niet nodig. De afstand tussen de randen van de electroden 5 van een beeldelement is gelijk aan de etsdiepte van de groeven 3» welke een diepte van 6yumbezitten, vermeerderd met tweemaal de dikte van de 20 diëlektrische laag 7· In het centrale gedeelte van elk beeldelement bevinden de electroden 5 zich op een afstand van 12yum van elkaar. Op deze wijze wordt een goede uniforme laagdikte verkregen van het vloeibare kristal, dat zich tussen de steunplaten 1 en 2 bevindt.

25 Het vloeibare kristal is van het cholesterische soort met een positieve diëlectrische anisotropie en is bijvoorbeeld voor 94$ samengesteld uit een neraatisch vloedbaar kristal-mengsel, bevattende 47$ 4-cyano-4*-n-pentylbiphenyl, 25$ 4-cyano-41-n-heptylbiphenyl, 18$ 4-cyano-4*-n-octoxybiphenyl 30 en 10$ 4-cyano-4’-n-pentylterphenyl, welk mengsel te verkrijgen is onder de naam E7 bij de firma BDH-Chemicals en voor 6$ samengesteld uit het cholesterische vloeibare kristal 4-cyano-4V-(2 methylbutyl)-biphenyl, welke stof te verkrijgen is onder de naam CB 15 eveneens bij de firma 35 BDH-Chemieals. Xn het algemeen kunnen vloeibare kristallen van het cholesterische soort gebruikt worden, welke een 7808899 8 PHN 9213 positieve diëlectrische anisotropie bézitten en waarvan voor de gebruikelijke laagdikten de spoed (pitch.) ten hoogste gelijk is aan één derde van de laagdikte. Ter verkrijging van een homeotrope oriëntatie van het vloeibare g kristal aan het grensvlak van de steunplaten, wordt de diëlectrische laag 7 behandeld met bijvoorbeeld een oplossing van perfluorsilane in hexaan.

Bij de gegeven laagdikte van 12^um van de vloeibare kristallaag vindt bij een spanning van ongeveer 11 10 volt de overgang van de lichtverstrooiende focal-conische naar de transparant homeotroop nematische toestand op, terwijl de omgekeerde overgang bij een spanning van ongeveer 6 volt optreedt. Deze laatste spanning is enigszins afhankelijk van de mate waarin een goede homeotrope 15 oriëntatie van de vloeibare kristalmolekulen aan de grensvlakken met de steunplaten is bewerkstelligd.

De sturing van een matrixweergeefinrichting volgens de uitvinding wordt aan de hand van figuur g uiteengezet.

Met A, B, en C zijn een aantal rijelectroden en met D, E 20 en Γ een aantal kolomelectroden aangegeven. De rijelectroden worden achtereenvolgens aangestuurd met een spanning van ongeveer 9 Volt (zie fig. 1a).De informatie op de kolomelectroden wordt ingeschreven met een positieve of negatieve spanning eveneens gelijk aan V^. In figuur ga is 25 de situatie aangegeven dat rijelectrode A is aangestuurd.

De beeldelementen waarover een totale spanning gelijk 2V^ staat, bevinden zich in de homeotroop nematische toestand en zijn lichtdoorlatend. In figuur ga is dit het geval voor het met een open cirkeltje aangegeven element op de kruising 30 van rijelectrode A en kolomelectrode E. De spanning over de overige beeldelementen van rij A bedraagt 0 volt. Deze elementen, in fig. ga met een zwart cirkeltje aangegeven, bevinden zich in de lichtverstrooiende focal-conische textuur. Opgemerkt wordt dat het niet noodzakelijk is de 35 kolomelectroden aan te sturen met een spanning welke gelijk is aan V^.· De stuurspanning op de kolomelectroden moet een 7808899 .-9- V." ·» PHN 9213 . ...... ......-- - ,....... .....- ------------- ----------- zodanige waarde hebben dat de som van deze spanning en de spanning het beeldelement in de stabiele homeotrope nematische toestand brengt en het verschil van deze spanning en de spanning het beeldelement in de stabiele focaL-5 conische toestand brengt. Wordt nu de volgende rijelectrode B aangestuurd dan blijft het transparante element op de rijelectrode A in de bistabiele transparante nematische toestand. De oorspronkelijk lichtverstrooiende elementen blijven in de bistabiele lichtverstrooiende toestand. De 10 na het aansturen van lijnelectrode B ontstane situatie is w in fig. 3b aangegeven. In de tijd dat de rijelèctrode A niet is aangestuurd en het beeldelement op de kruising van rijelectrode A en kolomelectrode E zich in de transparante toestand bevindt bij een spanning V^, kunnen een 15 aantal opvolgende lijnen worden aangestuurd. Het aantal aan te sturen lijnen wordt bepaald door de tijd dat de bistabiele toestand gehandhaanfd blijft. De randen van de electroden bevinden zich volgens de uitvinding op een twee maal zo kleine afstand van elkaar als* het overige electrode-20 oppervlak. Over de randen van de beeldelementen op de kruising van rijelectrode A en kolomelectrode E staat dan een tweemaal zo grote veldsterkte. De randen van het beeldelement bevinden zich zodoende in een stabiele transparante homeotroop nematische toestand. Hiermee wordt voorkomen, 25 dat de focal-conische structuur waarmee het beeldelement wordt omgeven, ingroeit in de bistabiele nematische structuur en daarmee lichtverstrooiende storingen veroorzaakt.

Doordat de tussen de electroden gelegen gebieden op de ribbels tussen de groeven zich eveneens op een afstand ge-30 lijk aan de halve dikte van de vloeibare kristallaag bevinden, treedt nog een ander voordeel op. Het is namelijk gebleken dat in de veldvrije toestand bij zeer dunne lagen de transparant planair-conische textuur stabieler is dan de Idrc&tverstrooiende focal-conieche textuur. Hierdoor treedt 33 er geen storend lichtverstrooiend raster op van tussen de beeldelementen gelegen gebieden. Door de electrodenconfigu- 7808899

Claims (2)

1. Weergeefinrichting voorzien van twee steunplaten, elkaar kruisende patronen van evenwijdige stripvormige electroden op de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van 15 de steunplaten, een laag cholesterisch vloeibaar kristal met positieve diëlectrische anisotropie tussen de steunplaten, welk vloeibaar kristal bij het aanleggen van een electrisch veld over de laag beneden een zekere veldsterkte E.j een focal-conische textuur, boven een zekere veld- 20 sterkte Eg een homeotroop-nematische textuur en voor een veldsterkte gelegen tussen E^ en Eg één van genoemde texturen bezit, welke inrichting verder voorzien is van middelen om het vloeibaar kristal aan de randen van de electroden boven een veldsterkte Eg in de homeotroop nematische textuur 25 te houden, indien het vloeibaar kristal in het centrale gedeelte van de electroden zich bij een veldsterkte tussen E.j en Ε^ in de homeotroop nematische textuur bevindt, met het kenmerk, dat genoemde middelen worden gevormd door in de steunplaten aangebrachte groeven, welke zijn ge-30 scheiden door ribbels en een diepte bezitten nagenoeg gelijk aan de helft van de gewenste dikte van de vloeibare kristallaag, in de groeven aangebrachte electroden, welke zich uitstrekken tot op de ribbels en van elkaar gescheiden zijn door een smalle strook op de ribbels en een laag 33 diëlectrisch materiaal, welke het electrodeoppervlak en het tussen de electroden gelegen oppervlak van de steunplaten 7808899 11 PHN 9213 ....... .......... .....„ . ______________„ _ __________: bedekt.

2. Weergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de steunplaten van glas zijn . en de genoemde groeven door het etsen van het glas zijn verkregen. 7808899