DE2457465C2

DE2457465C2 - Flüssigkristall-Anzeigeanordnung

Info

Publication number: DE2457465C2
Application number: DE2457465A
Authority: DE
Inventors: Gerard J. San Jose Calif. Sprokel
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-12-06
Filing date: 1974-12-05
Publication date: 1981-12-03
Also published as: JPS5091345A; US3912366A; DE2457465A1; IT1022785B; GB1475565A; CA1024636A

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung mit zwei Trägerelementen, zwei einander zugewandten Elektrodenebenen auf den Trägerelementen und einer Flüssigkristallschicht, wobei wenigstens das dem Beobachter zugewandte erste Trägerelement und die zugehörige Elektrodenebene durchsichtig sind und wenigstens das dem Beobachter abgewandte zweite Trägerelement eine erste dielektrische Schicht aufweist, auf der die zugehörige Elektrodenebene in einem Elektrodenmuster aus Anzeigesegmenten und Zuleitungen angeordnet ist.

Die Verwendung nematischer Flüssigkristall-Materialien und Zusammensetzungen für elektrooptische Lichtmodulation, wie z. B. in Bildanzeigegeräten zur Erzeugung alphanumerischer Zeichen, ist allgemein bekannt Typische Geräte dieser Art und geeignete nematische Flüssigkristall-Materialien sind z. B. in den US-PS36 25 591 und 36 56 834 beschrieben.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2126 420 (Fig. 3 und Ansprüche I und 3) ist eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung der eingangs genannten Art bekannt. Sie weist eine transparente Vorderwandplatte mit einer transparenten Elektrode auf der Innenfläche und eine Rückwandplatte mit einer lichtreflektierenden

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so Schicht, die mit einer Isolierstoffschicht bedeckt ist, auf. Auf der Isolierstoffschicht ist ein Elektrodenmuster aus Anzeigesegmenten und Zuleitungen angeordnet

Aus der US-PS 36 00 060 (Fig. 2, Sp. 8, Z. 50 ff.) ist eine Flüssigkristall-Anzeigeanordnung bekannt, bei der über dem Elektrodenmuster auf der Rückwandplatte ein isolierender Film aus undurchsichtigem Kunststoff angeordnet ist, der über den Anzeigesegmenten dünner ist als über den Zuleitungen.

Aus den US-PS 3179 634 und 3179 614 sind Polyimide bekannt, die in der erfindur.gsgemäßen Anordnung verwendet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist, eine Flüssigkristall-Anordnung anzugeben, die verglichen mit den bisher bekannten Anzeigeanordnungen einen höheren Kontrast zwischen den aktivierten und den Hintergrundbereichen aufweist und die aus Materialien aufgebaut ist, die die Orientierungsrichtungen des Flüssigkristall-Materials nicht nachteilig beeinflussen.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird eine wesentliche Verbesserung des Kontrastes zwischen den aktivierten und den Hintergrundbereichen erzielt Außer dieser Verbesserung wurde auch bemerkt, daß die Polyimidschichten die parallele Ausrichtung der nichtdotierten Flüssigkristall-Materialien begünstigen, weiche einheitlicher war als diejenige, die mit Glasoberflächen erhalten wurde. Das war ersichtlich aus der Beseitigung der leichten Trübung, die an Glasoberflächen beobachtet wurde und auf fehlausgerichtete Bereiche zurückzuführen war.

Durch die Verwendung dickerer Schichten über den Verbindungsleitungen wird auch erreicht, daß in den Teilen des Flüssigkristall-Materials, die den Verbindungsleitungen des leitenden Oberzugmusters entsprechen, eine Aktivierung unterdrückt wird. Polyimidschichten sind aufgrund ihrer ausgezeichneten elektrisehen, physikalischen und optischen Eigenschaften für diese Verwendung besonders geeignet

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteranspriJchen angegeben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die dielektrischen Schichten aus Polyimid gehärtet und transparent Die Schichtdicke der ersten Polyimidschicht beträgt fünf bis zehn μπι und die Schichtdicke der zweiten Polyimidschicht über den Anzeigesegmenten 0,1 bis 2 μπι und über den Leitersegmenten wenigstens fünf μηι. Die Polyimidüberzüge werden aufgebracht durch Beschichten der Unterlagen mit dem entsprechenden Polyamidsäure-Zwischenprodukt unter Anwendung der Beschichtungstechnik aus Lösungen.

Nach der Härtung können auf den Polyimidüberzügen konventionelle Prozesse zur Elektrodenbildung ausgeführt werden, die Überzüge besitzen ausgezeichnete elektrisch isolierende Eigenschaften und bewirken in überraschender Weise eine erhebliche Steigerung der optischen Eigenschaften der Flüssigkristallzelle.

Die Erfindung wird nachfolgend in der speziellen Beschreibung und anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt, in der Polyimidschichten als Oberzug auf dem Trägerelement, als dielektrischer oder isolierender Überzug auf einer Elektrode, oder als Überzug zum Abdichten beim Ätzen in einer nematischen Flüssigkristallzelle vorhanden sind.

Fig,2 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie 2-2 von Pig, I.

In den F i g, I und 2 ist eine Flüssigkristallzelle gezeigt, die sich als Anzeigegerät zur elektrooptischen Darstellung gewünschter Konfigurationen, und hier speziell von numerischen Zeichen, eignet

Die Anzeigeanordnung .(Flüssigkristallzelle) 31 wird aus zwei Platten 33 und 35 gebildet, die parallel zueinander angeordnet sind und einen eingeschlossenen Bereich definieren, in dem ein Film oder eine Schicht 53 eines nematischen Flüssigkristall-Materials enthalten ist Üblicherweise braucht nur eine der Platten transparent zu sein, die andere kann, in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsart, transparent, reflektierend oder absorbierend sein. In der gezeigten Anordnung besteht die dem Beobachter zugewandte Platte 33 aus einem transparenten Substrat (erstes Trägerelement) 34, auf dem ein leitender Film 49 abgeschieden ist. Die Platte 35 besteht aus einem Glassubstrat als zweitem Trägerelement 36, dessen Oberfläche 37 mit einer reflektierenden Schicht 39 aus Aluminium versehen ist Diese ist mit einer ersten Polyimidschicht 41 versehen, auf der ein Elektrodenmuster abgeschieden ist, welches sich beispielsweise zur numerischen Darstellung eignet Weil der Überzug aus Polyimidmaterial ausgezeichnete elektrisch isolierende Eigenschaften besitzt können auch andere Metallsubstrate mit einer reflektierenden Oberfläche als Aluminium verwendet werden. Ein Aluminiumsubstrat stellt ein Trägerelement von niedrigem Gewicht dar, was besonders vorteilhaft ist bei dessen Verwendung in großen Anzeigegeräten. Das Metallträgerelement kann leicht mit Bohrlöchern versehen werden, die als Öffnungen zur Einfüllung des Flüssigkristallmaterials dienen. Im allgemeinen werden erste Polyimidschichten 41 mit Schichtdicken bis zu etwa 0,0127 mm (etwa 13μιη) verwendet, es icönnen auch dickere Schichten verwendet werden, was aber nicht erforderlich ist Die Schicht sollte dick genug sein, damit die gewünschten optischen und elektrisch isolierenden Eigenschaften erhalten werden, was bei den bevorzugten Schichtdikken von etwa 5 bis 10 μπι der Fall ist Die Schichten werden mittels der üblichen Tauch- oder Spinnbeschichtungsverfahren aus einer Lösung aufgetragen, in der das Polyamidsäure-Zwischenprodukt enthalten ist Es folgt

ίο die Entfernung des Lösungsmittels und ein Aushärten der Schicht bei den Temperaturen, die üblicherweise zur Herstellung des gehärteten Polyimids, d.h. 350 bis 400⁰C, angewendet werden.

Polyimidfilme mit einer Schichtdicke von 0,0254 mm sind im Handel erhältlich. Gezogene Filme sind jedoch für Anzeigegeräte, die nach der Feldeffektmethode arbeiten, nicht geeignet Ein Filmherstellungsprozeß dieser Art führt zu erheblicher molekularer Ausrichtung des Polymermaterials und der Film selbst wird doppelbrechend. Die Kombination aines derartigen Films und sines Flüssigkristall-Mater lals führt zu Farbeffekten, d'e unerwünscht sind. Gegossene oder mittels Spinnverfahren aufgetragene Polyimidschichten andererseits zeigen keine molekulare Ausrichtung und sind optisch isotrop.

Die Beschichtungslösungen, die zur Herstellung der Polyimidschichten der erfindungsgemäßen Anordnung verwendet werden, bestehen aus Polyamidsäure-Zwischenprodukten, die durch Reaktion von Diaminen mit Dianhydriden gebildet werden. Zur Herstellung der Schichten werden Polyamidsäuren bevorzugt, die durch Reaktion aromatischer Diamine mit aromatischen Dianhydriden, beispielsweise Pyromellitsäureanhydrid gebildet werden, was in der nachfolgenden Formel gezeigt ist:

O Μ	O
	S. Q O + H₂NRNH₂
c—L Il ^/
Il 0	Ii O

in der R ein zweiwertiges benzoides Radikal wie Naphthyl-, Dibenzyl- oder Diphenyläther darstellt. Wenn die Schicht aus dem Polyamidsäure-Zwischenprodukt durch Hitze gehärtet wird, entsteht ein Polyimid, das wiederkehrende Einheiten der nachfolgenden Struktur aufweist:

N-R-

Ein weiteres Material, das zur Herstellung der Zellen verwendet wurde, besteht aus einem Polymeren auf der Grundlage des Pyromellitsäureanhydrids mit folgenden Eigenschaften: Festgehalt des Polymere^: 16,5%, Festgehalt des umgewandelten Polymeren 15,2%, Gramm pro Liter 1053,2, Dichte der Lösung 1,059, Viskosität in Poise bei 25°C 50-70, Flammpunkt 75°C, Lösungsmittel: aromatischer Kohlenwasserstoff mit einigen Teilen pro Million von N-Methyl-2-pyfföIidon als Fließmittel.

Das spezielle Elektrodenmuster, das auf der Oberfläche der Schicht 41 gezeigt ist, kann mehrere Segmente (Anzeigesegmente) ms leitendem Material aufweisen,

bi die in einem bestimmten Abstand voneinander abgeschieden werden; so ist eine entsprechende Anzahl von Anzeigesegmenten 42 bis 48 definiert Die linkerhand angeordneten Segmente 46 und 47 sind unter der

zweiten Polyimidschicht 51. Jedem Segment ist eine Zuleitung 42,4 bis 4SA zugeordnet, welche zu einer Kante des Trägerelementes verläuft, wo eine Verbindung zu einer Signalquelle 57 und Adressierschaltungen hergestellt werden kann. Diese sind in den Zeichnungen allgemein als Steuerschaltung 59 bezeichnet. Die Anordnung 31 zeigt nach Aktivierung durch die Steuerschaltung ausgewählte numerische Zeichen. Typische Elektrodenfilme werden mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm abgeschieden. Weil die erste Polyimidschicht 41, obgleich sie aus organischem Polvmermaterial besteht, ausgezeichnete thermische Eigenschaften besitzt, können die Elektrodenmuster nach der Technik, die bei Glassiibstratmatcriaüen angewendet wird, hergestellt werden. Bei den in den Abbildungen gezeigten Anordnungen wurde eine Schicht mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm aus ln?Os/SnO2 mittels Hochfrequenzkathodenzerstäubung äü! die ObciiidCr'ic uci Pi>iviimuM.!m.ni 4i aufgetragen und dann zu dem gewünschten Elektrodenmuster geätzt.

Das erste Trägerelement 54 ist aus Glas, das mit einem etwa 100 nm dicken leitenden Überzug 49 versehen ist. welcher, wie es in der reflektierenden Arbeitsweise üblich ist. transparent ist. Die Elektrode besteht in der gezeigten Anordnung aus In/VSnCX

In der Zellenbaugruppe wird die Flüssigkristallschicht 53 zwischen den Platten 33 und 35 eingeschlossen unter Verwendung einer üb'ichen Versiegel mg an ihrer. Rändern, beispielsweise einer Dichtung oder eines Epoxidharzes. Wie in F i g. 1 gezeigt ist. werden Polyimidabstandsstücke 55 von beispielsweise 15 bis 25 μπι Dicke zur Versiegelung und zur Bestimmung der Dicke der Flüssigkristallschicht verwendet.

Die Arbeitsweise der Zelle ist die übliche. Es soll hervorgehoben werden, daß. wenn nach der dynamischen .Streulichtmethode gearbeitet wird, ein bemerkenswerter Kontrast zwischen den streuenden Bereichen, in denen die Bildsegmente aktiviert wurden und den Hintergrundbereichen erhalten wurde. Die Polyimidschicht bewirkt die Entfernung des Schimmers.

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W,che

η.ί.~ „-„u A— D~n —;

methode arbeitenden Anzeigevorrichtungen störend war. Betriebsspannungen für die dynamische Streulichtmethode sind etwa 10 V...·.·. Wechselspannung. Die Frequenz ist bestimmt durch den Dotiertingsgrad und die Natur des Dotierungsmittels.

Die zweite Poivimidschicht 51 wird auch als zweite Schicht für Zellen, die mit Verriegei'ingselektroden \ersehen sind, \erwendet. In diesen Zellen werden dielektrische SchLhten vorgesehen, um das Flüssigkristallmaterial von den leitenden Schichten zu trennen. Durch Variieren der Schichtdicke der zweiten dielektrischen Schicht werden die Schwellenwertfrequenzen, bei denen das Flüssigkristallmaterial aktiviert wird, bestimmt, was einen aufeinanderfolgenden Betrieb verschiedener Teile der Flüssigkristalizelle gestattet. Die Unterdrückung der Aktivierung in den Teilen, die die Verbindungsleitungen und Zuleitungen des leitenden Elektrodenmusters darstellen, wird durch die Verwendung dicker zweiter Polyinidschichten erreicht.

Es soll hervorgehoben werden, daß. obgleich eine numerische Anzeigevorrichtung mit sieben Segmenten dargestellt ist, auch andere Anzeigevorrichtungen, beispielsweise solche mit einem Kreuzgitterelektrodensystem verwendet werden können. Solche Systeme arbeiten typischerweise mit einer Anordnung von parallelen, in einem bestimmten Abstand verlaufenden Elektrodenstreifen auf der Innenfläche eines von zwei in einem bestimmten Abstand angeordneten Substraten. Die Innenfläche des anderen Substrats ist ebenfalls mit einer Anordnung paralleler Elektroden überzogen, welche senkrecht zu dem ersten Elektrodenfeld ausgerichtet sind. Im Betrieb wird das Flüssigkristallmaterial an den gewünschten Schnittpunkten der sich in einem Abstand voneinander befindlichen Elektroden erregt, wobei die Auswahl der Schnittpunkte durch geeignete, an sich bekannte Adressierschaltungen erfolgt.

Die auf die leitenden Segmente 42 bis 48 und die Zuleitungen 42/4 bis 48.4 aufgetragene Polyimidschicht 5i weist unterschiedliche Scnichtdickcn auf. Es werden Schichtdicken von etwa 5 μηι verwendet, um die Zuleitungen 42/4 bis 48,4 zu bedecken, wobei die Schicht dieser Dicke 5\A als blockierende Schicht wirkt und eine dynamische Streuung bei jeder Frequenz verhindert. Dünnere Schichten 51B werden über den Anzeigesegmenten 42 bis 48 verwendet, beispielsweise Schichten mit einer Schichtdicke von 0,1 bis 2 um. Die Schichtdicken werden so gewählt, daß die Zelle innerhalb eines vorgeschriebenen Frequenzbereiches betrieben werden kann, der von den Eigenschaften des Flüssigkristallmaterials, des Dotierungsmittcls und der Konzentration desselben abhängig ist.

Wenn beispielsweise eine Polyimidschichtdieke von bis zu 2 μπ\ auf den Anzeigesegmenten und wenigstens 5 um auf den Leitungen und ein Flüssigkristallmaterial, beispielsweise destilliertes p-Methoxybenzyliden-p-nbutylanilin (MBBA). welches mit 5,7x10" Mol/ml Dibenzyl-dimethyl-ammoniumchlorid dotiert ist, verwendet wird, um einen Widerstand von 0,5x10" Ohm-cm zu erhalten, kann die Zelle bis zu 500 Hz betrieben werden, wobei nur die Anzeigesegmente und nicht die Leitungen aktiviert werden.

nur ein Ausführungsbeispiel. Auch andere bekannte, quaternäre Ammoniumsalze können verwendet werden. Die Löslichkeit und der Grad der Ionisation in p-Methoxy-benz\!iden-p-n-butylanilin-Lösungen differieren erheblich unter den Gliedern dieser Gruppe. So sind beispielsweise Dodecyl-trimethyl-ammoniumchlorid oder Hex^decyl-trimethyl-ammoniumchlorid hinreichend löslich, was für Hexadecyl-trimethyl-ammoniumbromid nicht zutrifft. Eine geeignete Pyridiniumverbindung ist Hexadecyl-pyridinium-bromid.

Der Polyimidüberzug 51 variabler Schichtdicke wird in üblicher Weise dadurch hergestellt daß selektiv mehrere Polyimidschichten verschiedener Schichtdicke unter Verwendung eines photolithographischen oder Siebdruckverfahrens aufgebracht werden. Bei Anwendung von Polyimidschichten variabler Schichtdicke in verschiedenen Bereichen der Anzeigesegmente können verschiedene Schwellenwertfrequenzen unterhalb der Abschaltfrequenz des Flüssigkristallmaterials angewendet werden, um selektiv verschiedene Bereiche der Flüssigkristallschicht einzuschalten.

chnunscn

Claims

Patentansprüche:

1. FiüssigkristaJI-Anzeigeanordnung mit zwei Trägerelementen, zwei einander zugewandten Elektrodenebenen auf den Trägerelementen und einer Flüssigkristallschicht, wobei wenigstens das dem Beobachter zugewandte erste Trägerelement und die zugehörige Elektrodenebene durchsichtig sind und wenigstens das dem Beobachter abgewandte ι ο zweite Trägerelement eine erste dielektrische Schicht aufweist, auf der die zugehörige Elektrodenebene in einem Elektrodenmuster aus Anzeigesegmenten und Zuleitungen angeordnet ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß auf dem Elektrodenmuster an den Anzeigesegmenten (42 bi? 48) und den Zuleitungen (42A bis 4SA) eine zweite dielektrische Schicht (51) angeordnet ist, deren Dicke über den Anzeigesegmenten (42 bis 48) geringer ist als über den Zuleitungen (42/1 bis 4SA), und daß die beiden dielektrischen Schichten (41,51) aus Polyamid sind.

2. Anzeigeanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyimidschichten (41, 51) gehärtet und transparent sind.

3. Anzeigeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet f!aß die Schichtdicke der ersten Polyimidschicht (41) 5 bis 10 μπι und die Schichtdicke der zweiten Polyimidschicht (51) über den Anzeigesegmenten (42—48) 0,1 bis 2 μιπ (51 B) und über den Zuleitungen (42A bis 4SA) wenigstens 5 μπι (5LAJisl.

4. Anzeigeanordnung nach eirem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Trägerelement (36) aus Metall ip- und eine polierte reflektierende Oberfläche besitzt 3;

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das zweite Trägerelement (36) aus Glas ist und mit reflektierendem Material (39) beschichtet ist