DE2328581A1

DE2328581A1 - Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2328581A1
Application number: DE2328581A
Authority: DE
Inventors: Mie Ise; Kazuhiko Kasano; Shunsuke Kobayashi; Tokuhide Shimojo
Original assignee: Ise Electronics Corp
Current assignee: Noritake Itron Corp
Priority date: 1972-06-05
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1974-01-17
Also published as: DE2328581B2; GB1396819A; FR2188896A5; US3883227A; JPS4917697A; JPS5526447B2

Description

Flüssigkristall-Ahzeigevorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristall-Anzeigevorrich tung, bei der ein Flüssigkristall zwischen zwei einander gegenüberstehenden Elektroden eingebracht ist und eine Spannung an die Elektroden anlegbar ist, um die Orientierung der Achsen der Moleküle im Flüssigkristal zu ändern.

In einer Anzeigevorrichtung mit zwei Elektrodenplatten, von denen wenigstens eine lichtdurchlässig ist, und mit einem zwischen die beiden Elektrodenplatten eingebrachten Flüssigkristall vom nemati- !sehen Typ streut der Flüssigkristall beim Anlegen einer Spannung. 'an die Elektrodenplatten das Licht, so daß ein Betrachter milchig !weißes Licht sieht. Ein solcher Lichtstreu-Zustand ist als dynamische Streumode (DSM) bekannt. Obwohl die Theorie der dynamischen Streuung bisher noch nicht klar erarbeitet worden ist, so wird

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doch gegenwärtig die Aggregationstheorie für die Müssigste gehalten. Gemäß dieser Theorie bilden die Moleküle eines nematischen
Flüssigkristalls Aggregationen, die aus ungefähr Io Molekülen bestehen. Diese Aggregationen besitzen bipolare Momente, so daß bei ■

Anlegen eines elektrischen Feldes sich diese bipolaren Momente mit der Richtung des elektrischen Feldes fluchten. Da die Richtung der Hauptachsen der Moleküle bezüglich der Richtung des bipolaren Mojmentes geneigt sind, fluchten die Hauptachsen der Moleküle nicht
j

mit der Richtung des elektrischen Feldes. Wenn in dem Flüssigkristall durch Einwirkung des elektrischen Feldes ein Ionenstrom aufgebaut wird, neigen die Hauptachsen der Moleküle dazu, sich parallel zu dem Ionenstrom einzustellen, wodurch die Richtung der Moleküle geändert wird. Eine solche abwechselnde Änderung der Richtungen
der bipolaren Momente und der Achsen der Moleküle ruft die dynamische Streuung des Lichtes hervor, wodurch infolge der Unterschiede im Brechungsindex die milchigweiße Farbe erzeugt wird.

Anzeigevorrichtungen, die dieses Phänomen ausnutzen, werden bald
auf dem Markte erhältlich sein. Da in diesen Elementen die Erzeugung und der Abbau von Ionen wiederholt werden, ist ihre Ansprechzeit relativ groß und liegt gewöhnlicherweise größenordnungsmäßig im Bereich von einigen Io MikroSekunden. Darüber hinaus ist ihre
Betriebslebensdauer wegen der chemischen Änderung des Flüssigkristalls auf ungefähr lo.ooo Stunden beschränkt. '

Es ist auch eine Reihe von Anzeigevorrichtungen vorgeschlagen wor-S

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den, die sich von den die dynamische Diffusion ausnutzenden Anzeigevorrichtungen ziemlich unterscheiden. Als Beispiel für diese Vorrichtungen soll das von AEG und Telefunken in Deutschland entwickelte sogenannte DPA-System genannt werden. Bei allen zum Stand der Technik gehörigen Anzeigevorrichtungen vom Peldeffekttyp ist es bisher allgemein üblich gewesen, die Oberfläche der Elektrode einer speziellen Wärmebehandlung oder einer chemischen Behandlung ; zu unterziehen, um die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls ; j in einer senkrecht auf der Oberfläche der Elektrode stehenden Rieht-

! tung ausrichten zu können. Solche Behandlungsschr.itte stellen aber

lein schweres ingenieurtechnisches Problem dar und die Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls ändert sich mit der Zeit.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssig-■kristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, bei der eine permanente Orientierung der Moleküle des Flüssigkristalls ohne Wärme-oder

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chemische Behandlung der Elektroden möglich ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein erstes Substrat vorgesehen ist, auf dem eine erste und eine zweite kammförmige Elektrode angeordnet sind, die einem gewünschten Muster entsprechen und deren Zinken ineinandergreifen, im vorgegebenen Abstand von der ersten und der zweiten Elektrode ein zweites Substrat angeordnet ist, von dem zweiten Substrat eine Gegenelektrode gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode gehalten ist, ein Flüssigkristal vom Feldeffekt-Typ zwischen das erste und das zweite Substrat ein-

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gebracht ist und an die erste und die zweite Elektrode und an die Gegenelektrode zur Änderung der Orientierung der Achsen der Moleküle in dem Flüssigkristall eine Spannung anlegbar ist.

Weitere Ausbildungen der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Der Stand der Technik und die Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Explosionsdarstellungen, an denen die,

Arbeitsweise der zum Stand der Technik gehörigen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Feldeffekt-, Typ erläutert werden soll,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Satzes von

kammförmigen Elektroden, wie sie in der erfindungs gemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet werden und '

Fig. 4 und 5 Diagramme zur Erläuterung der Betriebsweise der

erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist die bekannte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung !zwei lichtdurchlässige Elektroden 1 und 2 aus Zinnoxid auf, die durch besondere Wärmebehandlung kristallisiert worden

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sind. Weiterhin gehört zu der bekannten Anzeigevorrichtung ein besonderer Flüssigkristall 3 von nematischen Typ, der zwischen die beiden Elektroden eingebracht ist. Die Hauptachsen der Moleküle des besonderen Flüssigkristalls 3 vom nematischen Typ sind in einer Richtung senkrecht zu den Elektroden 1 und 2 ausgerichtet. Dies wird mit dem Ausdruck "vertikale Ausrichtung" gekennzeichnet. Wenn zwei Polarisierplatten 4 und 5, deren Polarisationsachsen sich unter einem rechten Winkel schneiden, auf den gegenüberliegenden Seiten des Elementes angeordnet werden, erscheint'bei Auffall von; Licht auf das Element von dessen Rückseite her das Element wegen der beiden Polarisierplatten 4 und 5 schwarz.

Wenn eine Spannung von geeigneter Frequenz (üblicherweise 1 kHz) an die Elektroden 1 und 2 angelegt wird, weichen die Moleküle des Flüssigkristalls von der vertikalen Ausrichtung ab und nehmen eine Stellung ein, die bezüglich der Elektroden etwas geneigt ist, so daß das Element hell erscheint.

! Im Vergleich zu einem DSM-System kann das DAP-System mit einer ; niedrigeren Betriebsspannung betrieben werden, weiterhin weist

; es eine längere Lebenszeit auf, besitzt ein größeres Kontrastverhältnis und eine größere Schwellenspannung, so daß das DAP-System durch eine große Ansprechgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, ohne daß ein Übersprechen befürchtet werden müßte.

Die in der Fig. 3 gezeigte Elektrodenbaugruppe Io weist zwei ein- !

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ander gegenüberstehende kammförmige Elektroden 12 und 13 auf, die durch das Anätzen eines transparenten elektrisch leitenden Filmes hergestellt werden, der auf ein Glassubstrat 11 aufgebracht worden ist und vorzugsweise aus Zinnoxid besteht. Die Zinken der Elektroden 12 und 13 greifen ineinander, wie aus der Fig..3 zu entnehmen ist. Es ist klar, daß bei einer für die Produktion bestimmten Konstruktion die Konfiguration der kammförmigen Elektroden 12 und 13 so ausgewählt wird, daß die Darstellung des gewünschten Musters eines Buchstabens oder Symbols möglich ist.

Wie es in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist, wird eine flache lichtdurchlässige Gegenelektrode 14 auf ein Glassubstrat 15 ausgebildet, welche Gegenelektrode den kammförmigen Elektroden 12 und

'13 mit einem vorgegebenen Abstand ( vorzugsweise 2o Mikrometer) !zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden gegenübersteht. In den Hohlraum zwischen den Elektroden 12 und 13 und der Gegen-

elektrode 14 wird ein Flüssigkristall 16 eingegossen. Die Anzeigevorrichtung wird also von den drei Elektroden 12, 13 und 14 aufgebaut.

{Die Betriebsweise der vorstehend beschriebenen Anzeigevorrichtung ,soll nun genauer beschrieben werden.

(Gemäß der Theorie des DAP-Systems, wie sie von AEG-Telefunken bekannt gemacht worden ist, würden sich die Moleküle des Flüssigkristalle 16 nicht in einer Richtung senkrecht zu den Elektroden

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ausrichten^ wenn Elektroden benützt werden, die nicht besonders bet handelt worden sind und wenn ein elektrisches Querfeld angelegt wird, vielmehr wurden die Moleküle in eine Neigung gezwungen. Wenn ' daher ein elektrisches Feld durch Zuschalten einer Gleichspannungs-*· quelle 18 an die kammförmigen Elektroden 12 und 13 (vgl. Fig. 4) mit seitlicher Ausrichtung aufgebaut wird, werden sich die Moleküle des Flüssigkristalls bezüglich der Elektroden in eine gegebene Richtung ausrichten (in diesem Falle in Vertikalrichtung). Wenn jdas Element unter Aufrechterhaltung dieses Zustandes zwischen die >

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Polarisierplatten 4 und 5 mit sich unter einem rechten Winkel schneidenden Polarisationsachsen gesetzt wird, wie es in der Fig. ] gezeigt ist, erscheint das Element schwarz.

!Nach Abbau des seitlichen elektrischen Feldes wird beim Anlegen ieines longitudinalen elektrischen Feldes zwischen die kammförmigen Elektroden 12, 13 und die Gegenelektrode 14 mittels einer HF-Quelli 17 die Orientierung der Moleküle gestört, so daß das Element in einer mit der Fig. 2 vergleichbaren Weise hell erscheint. Das beschriebene Verfahren des Anlegens der Spannung dient nur als Bei-'spiel und dasselbe Ziel kann auch mit Hilfe vieler anderer Verfahr^

erreicht werden.

Die Zinken der beiden einander gegenüberstehenden kammförmiger. Elektroden brauchen nicht ineinander zu greifen, sondern sie könnei. auch übereinander angeordnet sein. Solche übereinander angeordneter ι Elektroden können mit Hilfe der Mehrschicht-Drucktechnik hergestellt werden. Mit anderen Worten:die beiden kammförmigen Elektroden sind

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Rücken an Rücken übereinander angeordnet, wobei sich zwischen ihnen ein Isolator erstreckt. Z.B. kann eine obere Kammelektrode 13 und eine untere Kammelektrode 12 vorgesehen sein, wobei die Verbindungsdrähte zur oberen Elektrode durch eine in dem Zwischenisolator ausgebildete Perforation zu der Oberfläche des Glassubstrates 11 geführt werden, auf dem ein Teil des Schaltkreises ausgebildet ist. Die Drähte können natürlich direkt mit der Oberfläche des Glassubstrates verbunden werden.

Wie beschrieben, offenbart die Erfindung eine neuartige Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die die gewünschten Eigenschaften aufweist, indem einfach Vorspannungen angelegt werden, ohne daß die Elektrodenoberfläche einer besonderen Wärme- oder chemischen j Behandlung unterzogen werden muß, wie es bei den bekannten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen vom Feldeffekt-Typ bekannt ist.

Während die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei- j spieles beschrieben worden ist, so soll doch festgehalten werden können, daß Abänderungen und Erweiterungen vorgenommen werden können, ohne von der Grundidee der Erfindung abzuweichen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche gekennzeichnet ist.

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Claims

Dr. Ing. H. Negendank DiDl Ing- H. Hauck - Dipl. Phys. W. Schmitz DlpMno.E.Graalfs-DipU.g.W.Wehnert

5580586

ISE ELECTRONICS CORPORATION
7oo Aza-Wada,
Ueno-cho, Ise City,

Mie Prefecture, Japan 5. Juni 1973

Anwaltsakte M-27o7

Patentansprüche

j 1.) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der ein Flüssigkristall,' zwischen zwei einander gegenüberstehende Elektroden eingebracht ist und eine Spannung an die Elektroden anlegbar ist, um die Orientierung der Achsen der Moleküle im Flüssigkristall! zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Substrat (11) vorgesehen ist, auf dem eine erste (12) und eine zweite kammförmige Elektrode (13) angeordnet sind, die einem gewünschten Muster entsprechen und deren Zinken einander zugeordnet sind, im vorgegebenen Abstand von der ersten und zweiten kammförmigen Elektrode (12;13) ein zweites Substrat (15) angeordnet ist, von dem zweiten Substrat (15) eine Gegenelektrode (14) gegenüber der ersten und der zweiten Elektrode gehalten ist, ein Flüssigkristall (16) vom Feldeffekt-Typ zwischen das erste Substrat (11) und das zweite Substrat (15) eingebracht ist und an die erste und die zweite Elektrode (12? 13) und die

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Gegenelektrode (14) zur Änderung der Orientierung der Achsen der Moleküle in dem Flüssigkristall eine Spannung anlegbar ist. -·
2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß zwei Polarisierplatten (4, 5) vorgesehen sind, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der Anzeigevorrichtung angeordnet sind und deren Polarisationsachsen sich unter einem rechten Winkel schneiden, und daß hinter einer der Polarisationsplatten eine Lichtquelle angeordnet ist, die einen Ab-j stand von der ersten und der zweiten Elektrode (12, 13) aufweist.

j 3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine HF-Wechselspannungsquelle (17), eine Gleichspannungsquelle (18) vorgesehen sind, wobei die HF-Wechselspannungsquelle durch geeignete Schaltmittel mit der ersten und der zweiten Elektrode (12, 13) einerseits und der Gegenelektrode (14) andererseits verbindbar ist und die Gleichspannungsquelle durch geeignete Schaltmittel einerseits mit der ersten Elektrode (12) und andererseits mit der zweiten Elektrode (13) verbindbar ist (Fign. 4 und 5).

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