DE3137518A1

DE3137518A1 - Reflexionsarme fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DE3137518A1
Application number: DE19813137518
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Phys. Krüger; Frans Dr. 8000 München Leenhouts
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-21
Filing date: 1981-09-21
Publication date: 1983-04-14
Also published as: DE3137518C2; JPS5862628A; US4521079A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT ·ty· Unser Zeichen Berlin und München VPA 8t P 1 1 3 7 DE

Reflexionsarme Flüssigkristallanzeige.

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeige gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Display ist aus der DE-OS 28 27 258 bekannt.

Die Trägerplatten einer Flüssigkristallanzeige sind gewöhnlich mit einer Anzahl von optisch unterschiedlich dichten Schichten versehen, die an ihren Grenzflächen einen Teil des auf treffenden Lichts reflektieren.· Diese Reflexe sind in aller Regel so stark, daß sie den Bildkontrast merklich verringern und die nicht angesteuerten Segmente optisch in Erscheinung treten lassen.

Man hat deshalb schon seit Jahren an einer wirksamen Ent-Spiegelung gearbeitet und dabei eine Vielzahl von Vor- , schlagen diskutiert, ist aber noch immer nicht zu einer allseits akzeptierten Lösung gekommen. Dies liegt vor allem daran, daß das Anzeigenfeld sowohl über den Elektroden als auch in den elektrodenfreien Bereichen reflexionsfrei gehalten werden sollte und daß diese anspruchsvolle Bedingung auf einfache Weise erfüllt werden muß., da bei Flüssigkristalldisplays inzwischen Kostenüberlegungen eine zentrale Rolle spielen.

Die zitierte Offenlegungsschrift beschreibt unter anderem einen Anzeigetyp, bei dem die Elektroden zwischen einer durchgehenden Doppelschicht, bestehend aus einer die Trägerplatte direkt kontaktierenden Schutzschicht und einer dem Flüssigkristall zugewandten Orientierungsschicht, eingeschlossen sind. Die Leitschicht und die Orientierungsschicht müssen dabei eine Dicke haben, die in charakteristischer Weise von der Wellenlänge des Lichts sowie den Brechungsindizes des Substrats, der Elek-Les 1 Lk/18.9.1981

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trode, der Orientierungsschicht und des Flüssigkristalls abhängen, während die Schutzschicht möglichst die gleiche optische Dichte wie die Trägerplatte aufweisen sollte. Mit einer solchen Beschichtung lasser/sich die Reflexionen auf der gesamten Darstellungsfläche in ausreichendem Maße unterdrücken, und zwar ohne sonderlichen Mehraufwand, denn erstens benötigt man sowieso eine spezielle Schicht zum Orientieren der Flüssigkristallmoleküle und zum Ab- . schirmen der Elektroden vor den Alkali-Ionen des Substrats und zweitens dürfen die Dicken dieser Schichten von den Idealwerten deutlich abweichen. Allerdings reicht die Antireflexwirkung nicht immer aus, wenn das Display mit unpolarisiertem Licht arbeitet. Das hängt damit zusammen, daß der doppelbrechende Flüssigkristall für Strahlung mit verschiedenen Polarisationsrichtungen eine unterschiedliche optische Dichte hat, die Schichtstärken jedoch unter der Voraussetzung optimiert sind, daß die Flüssigkristallschicht nur einen einzigen Brechungsindex hat.

Natürlich ließe sich das Display auch mit einem zwischen der Trägerplatte und den Elektroden eingefügten Antireflexbelag entstören. Auf diesem Wege kommt man aber bei unpolarisierter Strahlung nur dann zu guten Dämpfungswerten, wenn der Belag aus einer Vielzahl von sorgfältig aufeinander abgestimmten Einzelschichten aufgebaut wird. · Begnügt man sich - um die Fertigungsbelastung in Grenzen zu halten - mit zwei Einzellagen, so erhalten die nicht angesteuerten Segmente häufig einen Farbstich (US-PS 37 36 047).

Es fehlt demnach an einer rationellen Entspiegelungstechnik, mit der sich eine Flüssigkristallanzeige auf ganzer Fläche optisch einwandfrei entstören läßt, und zwar auch dann, wenn das Display mit unpolarisiertem Licht betrieben wird. Um diese Lücke, die vor allem deshalb unange-

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nehm ist,- weil man inzwischen prinzipiell konkurrenzfähige Flüssigkristallanzeigen ohne Polarisatoren hat entwickeln können, zu schließen, wird erfindungsgemäß ein Display mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. 5

Zeigt die Flüssigkristallschicht einen ausgeprägten Doppelbrechungseffekt und/oder legt man auf eine möglichst vollständige Reflexlöschung Wert, so sollte die erfindungsgemäß vorgesehene Plattenbeschiehtung noch um eine oder zwei dielektrische (Mehrfach-)Schichten erweitert werden. Die zusätzlichen Schichten(-systeme) wären zwischen der Trägerplatte und der Elektrode bzw. dem ersten Schichtensystem und/oder zwischen der Elektrode bzw. der Anpassungsschicht und dem Flüssigkristall einzubringen und übernehmen vorzugsweise auch die Funktion einer Schutz- bzw. Isolationsschicht für die Elektroden.

Bei dem vorgeschlagenen Displaytyp braucht die Leitschicht nicht in jedem Fall sehr dünn (<_30nm) oder ein ■ Vielfaches der halben Wellenlänge dick zu sein. Setzt man die Elektrode zwischen eine Anpassungsschicht mit einem Brechungsindex n_a zwischen 1,65 und 1,70 und ein Schichtensystem mit einem Brechungsindex n_s<\ zwischen 1,60 und 1,70 und einer Dicke zwischen 20nm und 70nm, so kann man ihre Stärke in weiten Grenzen beliebig variieren. Dieser Umstand ist besonders wertvoll, da dünne Elektroden häufig einen zu geringen Leitwert haben und λ/2-Elektroden enge Toleranzen verlangen und zudem vielfach einen störenden Farbstich zeigen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.

Der Lösungsvorschlag soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur näher erläutert werden.

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Die Figur zeigt in einem leicht schematisierten Seitenschnitt eine Sieben-Segment-Ziffernanzeige auf Flüssigkristallbasis. Die eigentliche Zelle enthält eine vordere Trägerplatte (Vorderplatte) 1, eine hintere Trägerplatte (Rückplatte) 2 und einen hinter der Rückplatte angeordneten Reflektor 3· Die beiden Substrate sind durch einen Rahmen 4 in einem vorgegebenen Abstand miteinander verbunden. Der durch den Rahmen und die beiden Platten begrenzte Raum ist mit einer Flüssigkristallschicht 6 gefüllt. Die beiden Substrate 1, 2 sind auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils mit einer Anpassungsschicht 7, 8 , einer elektrisch leitenden Schicht (durchgehende Rückelektrode 9 auf der Rückplatte 2, mehrere ansteuerbare Segmentelektroden 11 der Vorderplatte 1) und mit einer Orientierungsschicht 12, 13 versehen. Die Flüssigkristallschicht besteht aus einem nematischen Träger mit einem chiralen Zusatz; sie ist im ausgeschalteten Zustand plana^6holesterisch orientiert und nimmt beim Anlegen einer hinreichend hohen Spannung eine quasi-homöotrop nematisehe Textur an. Die Einzelheiten dieses sogenannten "Phase-Change"-Effektes werden in der US-PS 38 37 730 beschrieben.

Die Displayteile sind folgendermaßen beschaffen: Die beiden Substrate 1, 2 bestehen aus einem Natrium-Silicat-Glas mit einem Brechungsindex von 1,48 , die Anpassungsschichten 7, 8 aus SiO₂SnO₂ oder SiO₂TiO₂ mit einem Brechungsindex zwischen 1,65 und 1,75 sowie einer Dicke zwischen 105nm und 125nm. Für die Leitschichten ist eine Xn₂0^/Sn0₂-Legierung mit einer optischen Dichte von 2,0 und einer Stärke zwischen 25nm und 30nm gewählt. Das erste Schicht en syst em ist zv/eilagig: eine Al₂O,-Schicht, die einen Brechungsindex von 1,63 hat und dünner als 20nm ist, liegt unter einer geriebenen Polyimidschicht mit einem Brechungsindex von 1,63 und einer Dicke zwischen 20nm und 50nm.

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Berechnungen und Versuche haben gezeigt, daß man zu besonders guten Resultaten kommt, wenn das erste Schichtensystem aus Materialien besteht, deren Brechungsindizes zwischen 1,60 und 1,70 liegen und die insgesamt zwischen 20nm und 70nm dick sind. Ist zwischen dem ersten Schichtensystem und der Elektrode bzw. der Anpassungsschicht ein weiteres Schichtensysten vorhanden, so sollte dieses insgesamt eine Dicke aufweisen, die entweder zwischen 20nm und 50nm oder zwischen (m300-20)nm und (m300+20)nm groß ist (m = natürliche ganze Zahl>0) und deren einzelne Schichten Brechungsindizes zwischen 1,40 und 1,50 aufweisen.

Sollten die Gesamtreflexionen an jedem Ort der Anzeigefläche nicht nur in etwa gleich sein, sondern auch noch extrem geringe Werte <"]% erhalten, so genügt es, die dielektrischen Schichten und das Substrat so aufeinander abzustimmen, daß der Reflexionskoeffizient an einer bestimmten Grenzfläche, nämlich an der Platteninnenseite außerhalb der Elektroden, kleiner als 1% ist.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So lassen sich im Rahmen der angegebenen Grenzen auch völlig andere Brechungsindex-/Dickenkombinationen bilden; dabei kann man die einzelnen Parameter relativ unabhängig voneinander variieren. Darüber hinaus bleibt es dem Fachmann unbenommen, noch weitere Schichten in den hier vorgeschlagenen Schichtenverbund zu integrieren. Beispielsweise ließe sich noch über den Elektroden eine weitere Leitschicht zwischen dem ersten und dem dritten Schichtensystem einfügen.- eine .solche Zwei-Niveau-Konfiguration erweitert bekanntlich die Darstellungsmöglichkeiten. Im übrigen ist es auch nicht in jedem Fall erforderlich, beide Trägerplatten in der gleichen Weise zu beschichten.

10 Patentansprüche
1 Figur

Claims

"vPA "*8f "Ρ 1 1 3 7 OE Patentansprüche

1. Flüssigkristallanzeige mit

1) zwei zueinander parallelen Trägerplatten, die 2) eine zwischen zwei optisch verschiedenen Zuständen schaltbare Flüssigkristallschicht zwischen sich einschließen und

3) auf ihren einander zugewandten Flächen jeweils elektrisch leitende Beläge (Elektroden) tragen, wobei zumindest eine der beiden Trägerplatten (erste Trägerplatte)

4) mehrere getrennt ansteuerbare Elektroden sowie

5) unter den Elektroden eine durchgehende dielektrische Schicht ("Anpassungsschicht") und

6) über den Elektroden ein Schichtensystem (erstes Schichtensystem) trägt, das mindestens eine durchgehende dielektrische Schicht enthält und dessen oberste Schicht ("Orientierungsschicht") die Flüssigkristallschicht ausrichtet,

dadurchgekennzeichnet, daß zumindest bei der ersten Trägerplatte

7) die Anpassungsschicht auf einer Unterlage ruht, deren Brechungsindex O_n kleiner ist als der Brechungsindex n_e der Elektrode,

8) die Anpassungsschicht einen Brechungsindex n_a hat, für den wenigstens angenähert gilt: n_a=i|n_u*n_e ^k,

9) die Anpassungsschicht eine Dicke d_a hat, für die gilt:

(Jg=U-t2) mn < d_a < (g~X+12 J nm tt=550nm, m=natürliche ganze Zahl>0), und

10) die Elektrode vorzugsweise eine Dicke d_e hat, für die gilt: d_e < 30nm oder

(l£ - ⁸J » * ^de < (|£ * β)
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2. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten des ersten Schichtensystems Brechungsindizes zwischen 1,60 und 1,70 sowie eine Gesamtdicke zwischen 20nm und 70nm haben.

3· Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gilt:

und 20nm<d_e<30nm, wobei das erste Schichtensystem, neben 10. der Orientierungsschicht höchstens noch eine weitere Schicht enthält, die Orientierungsschicht 25nm bis 45nm dick ist und gegebenenfalls die zusätzliche Schicht eine Dicke <45nm hat.

4. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch .1, d a d ur c h gekennzeichnet, daß die Trägerplatte aus Glas, die Anpassungsschicht aus SiOpSnO«» die Elektrode aus InpO^SnOp und die Orientierungsschicht aus einer an ihrer Oberfläche geriebenen Polyimidschicht bestehen.

5. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsschicht auf einem weiteren Schichtensystem (zweites Schichtensystem) ruht, das mindestens eine durch gehende dielektrische Schicht enthält..

6. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schichtensystem auf einem zusätzlichen Schichtensystem (drittes Schichtensystem) ruht, das mindestens eine durchgehende dielektrische Schicht enthält.

7. Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschichten des dritten Schichtensystems Brschungsindizes zwischen 1,40 und 1,50 und eine Gesamtdicke haben^ die entweder zwischen 20nm und 50nm oder zwischen (m300-20)nm und (m300+20)nm dick ist.

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^, . VPA 81 P 113 7 OE

8. Flüssigkristallanzeige nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schichtensystem aus einer einzigen SiOp-Schicht besteht.

9. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 6 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Elektrodenbereich zwischen dem ersten und dem dritten Schichtensystem eine weitere elektrisch leitfä- ■ hige Schicht befindet.

10. Flüssigkristallanzeige nach einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte und ihre dielektrischen Schichten so gewählt sind, daß der Reflexionsfaktor an der Grenzfläche zwischen der Trägerplatte und ihren Schichten außerhalb der Segmentelektroden ^1% ist.