Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristallzelle, gekennzeichnet durch erste und zweite Elektroden, welche auf einem dielektrischen Substrat parallel zueinander im Abstand angeordnet sind, eine optisch durchlässige dielektrische Deckplatte, die gegenüber dem Substrat parallel und mit geringem Abstand von diesem angeordnet ist, einen auf ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden ansprechenden Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie, der zwischen dem Substrat und der Deckplatte angeordnet ist und dessen optische Doppelbrechung auf Änderungen des elektrischen Feldes zwischen den ersten und zweiten Elektroden anspricht, wobei der Flüssigkristall eine homöotrope Ausrichtung aufweist, wenn das elektrische Feld einen bestimmten Schwellenwert erreicht, und durch dielektrische Verschlussteile,
die den flüssigkristallgefüllten Raum zwischen dem Substrat und der Deckplatte dicht verschliessen.
Es hat sich herausgestellt, dass Flüssigkristallmaterialien beispielsweise in elektrisch gesteuerten Anzeigevorrichtungen der Flachtafelbauart verwendbar sind. Beispielsweise verwendet eine bekannte Anordnung elektrisch steuerbare, dynamisch streuende Materialien in einer aus verschiedenen Schichten zusammengesetzten Zelle, die an der Vorderseite einen Satz von transparenten ebenen Elektroden und eine spiegelnd reflektierende und mit Abstand von dem vorderen Elektrodensystem angeordnete hintere Elektrode umfasst. Zwischen den beiden Elektrodensystemen ist eine Schicht aus nematischem Material angeordnet. Wenn kein elektrisches Feld zwischen den beiden Elektrodensystemen liegt, ist das Flüssigkristallmaterial optisch durchlässig.
Wenn somit die hintere Elektrode einen schwarzen Hintergrund reflektiert, hat die Zelle für einen Betrachter, der in die Zelle durch das vordere durchsichtige Elektrodensystem blickt, ein schwarzes Aussehen. Wenn jedoch ein statisches oder ein wechselndes elektrisches Feld zwischen den beiden mit Abstand angeordneten Elektrodensystemen angelegt wird, so verliert das Flüssigkristallmaterial abrupt seine lichtdurchlässigen Eigenschaften und streut das durch das vordere lichtdurchlässige Elektrodensystem in die Zelle dringende Licht. In diesem Zustand wird das gestreute Licht zu dem Betrachter zurückgeführt und die scheinbare Farbe der Zelle weist allgemein den gleichen Spektralgehalt auf, wie das durch das vordere Elektrodensystem in die Zelle gelangende Licht, d.h. im üblichen Fall nahezu weiss.
Wenn das elektrische Feld aufgehoben wird, kehrt das Material abrupt in seinen lichtdurchlässigen Zustand zurück und die Zelle hat für den Betrachter ein schwarzes Aussehen.
Der Streueffekt dieser bekannten Vorrichtungen bei Vorhandensein eines elektrischen Feldes wurde damit erklärt, dass er durch örtliche Änderungen des wirksamen Brechungsindex des Mediums hervorgerufen wird, wenn Gruppen von neutralen Molekülen in dem Medium durch den durch das elektrische Feld erzeugten elektrischen Strom in Bewegung gesetzt werden. In Bewegung gesetzte Ionen durchlaufen das senkrecht ausgerichtete nematische Medium und ergeben damit Scherungs-Abreisseffekte.
Die bekannten Anzeigevorrichtungen machten vorteilhaften Gebrauch von den verschiedenen Eigenschaften von Flüssig kristallmischungen. Diese Anzeigevorrichtungen erfordern Elektrodensysteme auf den Oberflächen sowohl der vorderen als auch der hinteren Trägerplatten der Zelle, wobei diese Elektrodensysteme im allgemeinen eine sorgfältige Ausrichtung während des Zusammenbaus erfordern und daher in der Herstellung aufwendig sind. Derartige bekannte Vorrichtungen, die leitende Elektroden auf jeder Seite der nematischen Schicht aufweisen, sind ausserdem der Gefahr von zufälligen Kurzschlüssen zwischen den Elektrodensystemen ausgesetzt.
Ein weiterer Faktor, der die Lebensdauer derartiger bekannter Anzeigevorrichtungen verschlechtert, besteht darin, dass die hauptsächlichen Erscheinungen, die die Anzeige hervorrufen, durch einen elektrischen Stromfluss hervorgerufen werden, und nicht durch Wirkungen, die direkt von dem elektrischen Steuerfeld hervorgerufen werden. Ein derartiger erheblicherStromfluss führt zu einer Verschlechterung oder Zerstörung der Flüssigkristallmaterialien, wodurch die Lebensdauer der Anzeigevorrichtung verringert wird. Ausserdem ist eine relativ hohe Betriebsleistung erforderlich.
Mit einer erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtung können diese Nachteile vermieden werden.
eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung der Plattenbauart, wobei die Trägerplatten eine sehr dünne Schicht von nematischen Flüssigkristallmaterial einschliessen. Das nematische Material ist in einer dünnen Schicht zwischen transparenten vorderen und hinteren Trägerplatten angeordnet, die im allgemeinen parallel sind und die ebene Seiten aufweisen, obwohl auch parallele gekrümmte Seiten verwendet werden können. Das die nematische Schicht durchsetzende Steuerfeld wird durch eine Anordnung von Elektroden erzeugt, die auf lediglich einer inneren Oberfläche einer der Trägerplatten angeordnet sind. Die Doppelbrechung des nematischen Flüssigkristallmaterials wird durch ausgewählte Spannungen gesteuert, die den ineinander verschachtelten Elektrodensätzen zugeführt werden, die ein Paar von zusammenwirkenden Elektrodensystemen bilden.
Die Ausrichtung der Elemente der Elektrodensätze kann somit automatisch auf photographischen Wege erfolgen, wodurch die Herstellung und der Zusammenbau der Vorrichtung beträchtlich vereinfacht wird. Weil der elektrische Feldeffekt verwendet wird, wird die Betriebsleistung verringert und die Lebenserwartung der Anzeigezelle wird vergrössert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 eine Draufsicht der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1, wobei einige Teile entfernt sind, um das Innere sichtbar zu machen;
Fig. 3 und 4 vergrösserte Teilansichten ähnlich der Fig. 1 zur Erläuterung der elektrischen Steuerfelder in der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1;
Fig. 5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Anzeigevorrichtung unter Verwendung von hindurchgehendem Licht;
Fig. 6 eine teilweise Draufsicht auf das Elektrodensystem der Anzeigevorrichtung nach Fig. 5;
Fig. 7 bis 10 der Fig. 5 ähnliche Seitenansichten, die jedoch dritte bis sechste Ausführungsformen der Anzeigevorrichtung zeigen;
Fig. 11 eine teilweise Draufsicht des Elektrodensystems einer numerischen Anzeigevorrichtung, die die siebte Ausführungsform der Anzeigevorrichtung darstellt;
;
Fig. 12 eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der Vorrichtung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Anzeigevorrichtung umfasst zwei allgemein parallelseitige ebene Platten 10 und 11 aus Glas oder dielektrischem Material, die parallel zueinander angeordnet sind und durch eine sehr dünne Schicht 12 eines auf ein elektrisches Feld ansprechenden nematischen Materials getrennt sind. Die Platten 10 und 11 sind optisch eben, sie können jedoch alternativunterBeibehaltung der parallelen Beziehung gekrümmt sein. Lediglich die Substratplatte 11 ist auf ihrer inneren Oberfläche mit dünnen leitenden Elektrodentei- lenwie z.B. den Elektroden 13a, 13b, 13c und 14a, 14b beschichtet. Eine Zelle zurAufnahme des nematischenMaterials ist weiterhin beispielsweise durch eine durchgehende vierseitige -dielektrische Wand 15 gebildet.
Langgestreckte Anschlüsse 16 und 17 sind jeweils in leitender Beziehung mit den Elektroden
13a, 13b, 13c und 14a, 14b auf der Glasplatte 11 an entgegen gesetzten Enden dieser Glasplatte angeordnet. Auf Grund ihres relativ niedrigen Widerstandes sind die Anschlüsse 16 und 17 und die zugehörigen Elektroden im wesentlichen Äquipoten tialoberflächen. Die Anschlüsse 16 und 17 sind über eine
Reihenschaltung aus einem Schalter S und einer Spannungs quelle Spq miteinander verbunden. Die Spannungsquelle Spq kann eine Gleichspannungs- oder Wechselspannungsquelle sein, je nachdem was bevorzugt wird. Es ist zu erkennen, dass irgendein benachbartes Paar von Elektroden, wie z. B. die
Elektroden 13a und 14a, in sich dazu geeignet sind, das zwischdn zwischen diesen Elektroden liegt.
Die dielektrischen Platten 10 und 11 können aus irgendei nem geeigneten Glas oder allgemein aus einem transparenten
Isoliermaterial hergestellt werden, das mit den optischen
Anforderungen des Zellensystems vereinbar ist. Beispielsweist kann das Material so ausgewählt werden, dass es einen opti schen Brechungsindex aufweist, der dem der Schicht 12 ähnlich ist, so dass unerwünschte Reflexionen an optischen Grenz schichten vermieden werden.
Die transparenten leitenden Elektroden 13 und 14 auf der
Substratplatte 11 können aus Zinnoxyd, Indiumoxyd oder ähnlichen leitenden Materialien hergestellt werden, die auf der
Substratplatte 11 durch chemische oder Verdampfungs abscheidung, durch Zerstäuben oder durch andere geeignete bekannte Verfahren abgeschieden werden. Der Aufbau kann durch einen üblichen photolithographischen Ätzvorgang auf einer transparenten leitenden vakuumzerstäubten Beschichtung von Indiumoxyd auf einer sauberen Oberfläche der Platte 11 erfolgen. Die Materialauswahl ist derart, dass die leitenden
Elektroden 16 und 17 und ihre zugehörigen Elektroden einen niedrigen spezifischen Widerstand in der Grössenordnung von beispielsweise 100 Ohm pro Quadrat aufweisen. Der Mittenab stand benachbarter Elektroden wie z.
B. der Elektroden 13a,
14a ist im wesentlichen konstant und kann in der Grössenord nung von 10 bis 40 Mikron liegen, wobei die Breite der
Elektroden in der Grössenordnung von 30 bis 50% des
Mittelabstands liegt, wodurch sichergestellt ist, dass die volle
Betriebsspannung weniger als 100 Volt beträgt. Die Dicke der
Schicht 12 muss sehr viel kleiner sein als die, die bei bekannten
Flüssigkristallvorrichtungen verwendet wird. (0,5 bis 1,5
Mikron beispielsweise, ein Wert, der notwendigerweise viel kleiner ist, als er bei üblichen Flüssigkristall-Anzeigevor richtungen verwendet wird).
Damit die Flüssigkristallschicht 12 in ihrer reinen Form gehalten wird, gegenüber Verunreinigungen geschützt wird und eine gleichförmige Dicke aufweist, ist die dielektrische Wand 15 vorzugsweise als eine durchgehende Abschlusswand ausgebil det, sie kann in einfacher Weise aus einem im Handel erhältli chen Band hergestellt werden, das aus einem polymerisierten
Fluorkarbonharzmaterial besteht oder es kann ein geeignetes
Glasmaterial sein, das in Form der sehr dünnen benötigten
Zwischenscheiben geäzt wurde. Die Zelle kann zumindest teilweise durch einen äusseren Film 19 aus Epoxydmaterial zusammengehalten werden, der auf die äussere freie Oberfläche der Wand 15 aufgebracht ist, so dass er mit dieser Oberfläche und den benachbarten äusseren Oberflächen der Glasplatten 10 und 11 verbunden ist.
Insbesondere aus Fig. 2 ist es zu erkennen, dass spezielle
Anordnungen von Elektroden, wie z. B. die Elektroden anordnungen 13a, 13b und 13c und die Elektrodenanordnungen 14a und 14b dargestellt sind. Es ist verständlich, dass die
Zeichnungen speziell zur Erläuterung der grundlegenden
Prinzipien mit grösstmöglicher Klarheit gezeichnet sind. In der tatsächlichen Praxis kann eine Anordnung von vielen dünnen und mit geringem Abstand angeordneten Elektroden 13a, 13b,
13c . . . 13n verwendet werden, und zwar zusammen mit vielen mit geringem Abstand verschränkt angeordneten Elektroden
14a, 14b ... 14n. Die Elektroden 13a, 13b, 13c... 13n können beispielsweise momentan negativ sein, wenn der
Schalter 20 geschlossen ist, während die Elektroden 14a,
14b . . . 14n momentan positiv sein können.
In diesem Fall werden momentane elektrische Felder zwischen den verschie denen abwechselnden Elektroden aufgebaut. Wie es in den
Fig. 3 und 4 dargestellt ist, wird ein elektrisches Feld mit einer Richtung in dem Bereich zwischen den entgegengesetzt gepolten Elektroden 13a, 14a gebildet, während ein elektri sches Feld mit umgekehrter Richtung zwischen den Elektroden
14a, 13b gebildet wird, und so weiter über die gesamten verschränkten Anordnungen der Elektroden, bis die Elektro den 13n, 14n erreicht sind.
Es ist verständlich, dass der Betrachter den Zustand der nematischen Flüssigkristallschicht 12 in Fig. 1 von oberhalb oder unterhalb der Zelle betrachten kann, wie es weiter unten in Verbindung mit den Fig. 5 bis 10 erläutert wird, und dass
Umgebungslicht genauso wie eine willkürlich eingeführte diskrete Lichtquelle verwendet werden kann. Es ist ausserdem verständlich, dass die Fig. 2 aus Klarheitsgründen so gezeichnet wurde, als ob die obere Glasplatte 10 nach Fig. 1 noch nicht an ihren Platz gebracht worden wäre und als ob der äussere
Epoxydfilm 19 noch nicht ausgebildet worden wäre. Somit sieht der Betrachter direkt die Oberseite der vierseitigen Wand 15 und das Elektrodensystem.
Die sehr dünne Schicht 12 aus nematischem Material kann aus irgendeinem der verschiedenen nematischen Flüssigkristall materialien oder Mischungen hiervon gebildet werden, wobei diese Materialien eine positive Anisotropie aufweisen. Solche bei Raumtemperatur verwendbaren und in dem französischen
Patent 72-10764 beschriebenen Materialien sind ebenso von Interesse wie gut bekannte Materialien von der bekannten
Cyano-Anilllin- oder Nitril-Art oder andere Schiff'sche Basen, die bestrebt sind, ihre langen Achsen im wesentlichen parallel zu einem angelegten elektrischen Feld auszurichten. Weiterhin sind Materialien verwendbar, die beispielsweise bestrebt sind, ausserdem sich selbst senkrecht zu den inneren Oberflächen der sauberen Glasplatten 10 und 11 auszurichten.
Die dünne homeotropische nematische Schicht 12 mit ihren senkrecht zu den dielektrischen Platten 10 und 11 ausgerichte ten Molekülen wird durch Aufrechterhaltung einer extremen
Sauberkeit der inneren Oberflächen der Platten erzielt. Es werden Flüssigkristallmaterialien mit hoher Reinheit verwen det, die einen spezifischen Widerstandvon 109 bis 1013 Ohm cm aufweisen. Beispielsweise kann die kritische Frequenz fc durch die Gleichung fc = u12:re definiert werden, wobei c die Raumladungs-Relaxationsfrequenz, a die spezifi sche elektrische Leitfähigkeit und e die dielektrische Konstante des Flüssigkristallmaterials ist.
Der Wert von fc beträgt unge fähr 100 Hz für representative Materialien.
Fig. 3 ist eine Darstellung der elektrischen Feldlinien von den Elektroden 13a, 14a, die die Flüssigkristallschicht 12 für
Frequenzen durchdringt, die als niedrig bezeichnet werden können (f < fc). In diesem Fall haben die Randfeldkomponenten E l geringe Auswirkungen auf das Flüssigkristallmedium 12, während die Hauptwirkung sich aus den quer verlaufenden elektrischen Feldkomponenten Ell ergibt. Für hohe Frequen zen f > fc überwiegen die elektrischen Randfeldkomponenten El die Querfeldkomponenten E11 .
Flüssigkristallmateria lien, die aus den Materialien ausgewählt sind, die eine positive dielektrische Anisotropie aufweisen, werden für den in Fig. 3 dargestellten Fall verwendet, weil Materialien mit positiver
Anisotropie (zu Anfang homeotropisch) am stärksten auf die
Querfeldkomponenten Ell ansprechen. Wie es weiter oben erwähnt wurde, können die Ausführungsformen der Anzeige vorrichtung von beiden Seiten betrachtet werden. Sie können ausserdem in Lichtdurchgangs- und -reflexionsbetriebsweisen verwendet werden.
Beispielsweise ist in dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel die Flüssigkristallzelle durch die allgemeine Bezugsziffer 20 bezeichnet und ist zwischen einem üblichen Polarisations-Analysator 21 und einem üblichen Polarisator 22 angeordnet, wobei die Beleuchtung von einer diskreten Lichtquelle 23 durch den Polarisator 22, die Zelle 20 und den Analysator 21 und dann in das Auge eines Betrachters verläuft. Im allgemeinen verlaufen die Polarisationsebenen der Bauteile 21, 22 unter zueinander rechten Winkeln und beispielsweise unter 45" gegenüber den Elektroden 13a, 14a, wie es in Fig. 6 gezeigt ist. In der Lichtleitungs- oder Lichtübertragungsbetriebsweise ermöglicht das Vorhandensein eines elektrischen Feldes die Lichtübertragung von der diskreten Quelle 23 zum Auge 24 durch den Bereich zwischen den Elektroden.
Bei Fehlen eines elektrischen Feldes ist der Bereich zwischen den Elektroden 13a, 14a dunkel. Die Elektroden selbst sind ebenfalls dunkel. Die dunklen und hellen Zustände können dadurch umgekehrt werden, dass die Polarisationsebenen des Polarisators 22 und des Analysators 21 zueinander parallel und beispielsweise unter 45" zu den Elektroden 13a, 14a angeordnet werden. In jedem Fall ist das einfallende Licht um 45" gegenüber der Richtung des angelegten Feldes polarisiert, d.h. unter 45 " beispielsweise bei den Elektroden 13a, 14a. Die Bauteile 20, 21, 22 und 23 können in geeigneter Weise durch übliche (nicht gezeigte) mechanische Elemente gehaltert sein.
Die Vielseitigkeit des erfindungsgemässen Grundgedankens ergibt sich weiterhin aus der Tatsache, dass die Reflexions Betriebsweise, wie sie in den Fig. 7 bis 10 gezeigt ist, in vielen unterschiedlichen Formen möglich ist, die sehr gut mit üblichen dynamisch streuenden oder Turbulenz-Anzeigevorrichtungen in Konkurrenz treten können. In der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform wird ein einziges zirkular polarisierendes Element 25 (ein linearer Polarisator und eine Viertelwellenplatte) mit einer Quelle für diffuse Lichtstrahlen 29 verwendet.
die Strahlen 29 laufen durch die Anzeigezelle 20 und werden an einer diffusen Spiegeloberfläche 28 auf einer Seite einer Glasplatte 26 reflektiert. Die diffuse Spiegeloberfläche 28 kann durch Farbpigmentpartikel, wie z. B. die einer Schicht 27 aus Aluminiumfarbe oder durch einen Metallüberzug auf einer aufgerauhten Glasoberfläche gebildet werden. Nach der Reflexion von der Oberfläche 28 verläuft das Licht wiederum durch die Zelle 20 und durch das zirkular polarisierende Element 25 zum Auge 24 des Betrachters. Die diffuse Oberfläche erscheint bei einem elektrischen Feld von Null über ein breites Betrachtungsfeld dunkel, wenn die homeotropische Schicht sehr dünn ist (zwischen 0,5 und 1,5 Mikron).
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7, bei dem die Bauteile 20,25 und 26 durch nichtgezeigte Einrichtungen gehaltert sind, ist insbesondere im Hinblick auf seine Einfachheit und auf Grund der Tatsache vorteilhaft, dass sie einen weiten Bereich von Betrachtungswinkeln zulässt. In dem ähnlichen Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird eine diskrete Lichtquelle 23 verwendet und ein spiegelnd reflektierender Spiegel 30 ersetzt die diffuse Spiegeloberfläche 28 nach Fig. 7. Die Bauteile 20, 23, 25, 30 sind mit Hilfe von (nichtgezeigten) Einrichtungen in geeigneter Beziehung und mit Abstand angeordnet.
Alternativ kann die diffuse in Fig. 7 verwendete Beleuchtung beibehalten werden, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, und zwar ebenso wie der diffuse Spiegel 28. Das zirkular polarisierende Element 25 nach Fig. 7 ist durch einen Polarisator 32 ersetzt, durch den die Lichtstrahlen 29 in die Flüssigkristallzelle 20 und in einen Analysator 22 zwischen der Zelle 20 und dem diffusen Spiegel 28 eintreten. Eine abgeänderte, in Fig. 10 dargestellte Ausführungsform der Fig. 9 verwendet die diskrete Lichtquelle und einen spiegelnd reflektierenden Spiegel 30 nach Fig. 8 anstelle des diffusen Lichtes und des diffusen Spiegels 28 nach Fig. 9. Wie in Fig. 5 können die Polarisatoren und Analysatoren nach den Fig. 9 und 10 zueinander parallele Ebenen anstelle der zueinander senkrechten Ebenen aufweisen.
Die verschiedenen Elemente der Fig. 9 und 10 können durch übliche (nicht gezeigte Einrichtungen gehaltert sein.
Es ist zu erkennen, dass die erfindungsgemässen Ausführungsformen zur Schaffung von elektrooptischen Flüssigkristall Anzeigevorrichtungen oder für Lichtventilanordnungen in Form einer Anzeige mit ebenen Platten oder eines Modulators verwendet werden können, wobei diese Anordnungen eine ineinander verschränkte Elektrodenanordnung verwenden. Die ineinander verschränkte Elektrodenanordnung ist lediglich an einer Oberfläche des sehr dünnen nematischen Films erforderlich, so dass keine Notwendigkeit für damit zusammenwirkende Elektroden auf der anderen Oberfläche der nematischen Schicht besteht, so dass sich eine wenig aufwendige Herstellung und ein wenig aufwendiger Zusammenbau ergibt.
Die Elektroden erzeugen elektrische Rand- oder Querfeld-Komponenten oder beides bezüglich des Volumens, das von dem sehr dünnen nematischen Film eingenommen wird, so dass eine Auswahl aus einer grossen Vielzahl von Flüssigkristallmaterialien getroffen werden kann.
Das angelegte elektrische Feld wird beispielsweise dazu venvendet, die normale Ausrichtung der langen nematischen Moleküle (Ausrichtung unter rechtenWinkeln zu den Hauptoberflächen der Glasbehälterplatten) und damit die nematische Ausrichtung des Materials zu stören, wobei die Doppelbrechung oder die optische Phasenverzögerung des Films gesteuert wird. Die gesteuerte Doppelbrechung ist direkt elektrisch feldabhängig und sehr niedrige Ansteuerleistungen (in der Grössenordnung von 10 Mikrowatt pro cm2 Anzeigefläche) sind wirksam. Dies steht im Gegensatz zu bekannten Turbulenz Anzeigevorrichtungen, die weitgehend auf Grund des Vorhandenseins von elektrischen Strömen arbeiten und daher eine beträchtlich grössere Leistung verbrauchen.
Weil nur geringe elektrische Ströme fliessen, befinden sich die Flüssigkristallmaterialien unter Betriebsbedingungen, bei denen sie eine relativ lange Lebensdauer aufweisen.
Weil eine elektrische Feldwirkung verwendet wird, werden Flüssigkristallmaterialien mit positiver dielektrischer Anisotropie in einfacher Weise verwendet, weil sie normalerweise keine dynamischen Streueffekte aufweisen, sondern in der Hauptsache auf elektrische Felder ansprechen. Materialien mit negativer dielektrischer Anisotropie, die normalerweise in einfacher Weise dazu gebracht werden können, dass sie eine dynamische Streuung zeigen, weisen bei Verwendung in Form einer ultradünnen Schicht lediglich einen Feldwirkungsbetrieb auf, wobei die Ausrichtung der Moleküle auf Grund der sehr dünnen Schicht und der unmittelbaren Nähe der Glasplatten Neigungen zu einer dynamischen Streuung unterdrückt.
Unterhalb einer Schwellwertspannung, die für das spezielle verwendete Flüssigkristallmaterial charakteristisch ist, ist die Doppelbrechung sehr niedrig, während oberhalb dieses Schwellwertes, bei dem ein scharfer Übergang erfolgt, eine starke optische Doppelbrechung beobachtet wird. Dies bewirkt beispielsweise in der Ausführungsform nach Fig. 7, dass die angesteuerten Bereiche gegenüber einem schwarzen Hintergrund weiss erscheinen. Der Kontrast zwischen dem eingeschalteten und ausgeschalteten Zustand beträgt einige Hundert zu Eins und zwar speziell entlang der Achse der Anzeigevorrichtung. Anstiegszeiten zwischen 20 und 80 Millisekunden sind representativ, wobei die Abfallzeiten ungefähr 40 Millisekunden betragen.
Die Schwellwertspannung ist beispielsweise für die Nitril-Schiff-Basen im wesentlichen konstant und zwar ausgehend von einer Gleichspannung bis zu Erregungsfrequenzen von bis zu 200 000 Hz.
Unter Verwendung passender Polarisatoren können diffuse oder diskrete Lichtquellen entweder bei der Lichtdurchgangsoder Reflexions-Betriebsweise verwendet werden. Der Betrachtungswinkel ist insbesondere dann gross, wenn eine diffuse Beleuchtung und ein Spiegel mit diffuser Oberfläche in der reflektierenden Betriebsweise verwendet werden.
Die Vielseitigkeit der Erfindung ergibt sich weiterhin aus der grossen Vielzahl von Anordnungen in der sie verwendet werden können, wie z. B. bei der numerischen Anzeigevorrichtung nach Fig. 11. In dieser Vorrichtung ist eine Anordnung einer Vielzahl von unter regelmässigen Abständen angeordneten Elektroden 113a,113b... . in regelmässiger ineinan- der verschränkter Beziehung mit einer zweiten Anordnung einer Vielzahl von Elektroden 114a, 114b . . . 114n angeordnet. Die Elektrodenanordnung 113a . . . 1 13n ist leitend mit einem Anschluss 116 und dann mit einem Verbindungsanschluss 50 verbunden, während die Elektodenanordnung
114a . .
. 1 14n leitend mit einem Anschlussarm 117 eines Quadrates oder eines Parallelogrames verbunden ist, das aus leitendem Material, wie z. B. Indiumoxyd besteht und das auf einer transparenten Substratplatte 22 ähnlich der ebenen Glasplatte 11 nach den Fig. 1 und 2 befestigt ist. Es ist zu erkennen, dass wenn eine in Reihe geschaltete Batterie und ein Schalter zwischen dem Verbindungsanschluss 50 und einem Verbindungsanschluss 54, der mit den Anschlussarmen 117b, 117c, 117a und 117 verbunden ist, angeschaltet wird und der Schalter geschlossen wird, elektrische Felder zwischen den Elektroden 113a und 114a, 113b und 114b . .
. und 113n und 1 14n induziert werden, wodurch eine Änderung in dem Licht hervorgerufen wird, das durch eine sehr dünne Flüssigkristallschicht übertragen wird, die oberhalb der Substratplatte 52 und damit oberhalb der oben erwähnten Elektroden in der Art und Weise nach den Fig. 1 und 2 angeordnet ist.
Weil der Verbindungsanschluss 50 von allen anderen Verbindungsanschlüssen 53 bis 59 unabhängig ist, tritt eine Änderung der Lichtübertragung lediglich in dem Bereich auf, der der Anzahl von Elektroden 113a, .... . 13n und 114a....
1 14n zugeordnet ist. Somit ist das verschränkte Elektrodenanordnungselement 76 unabhängig betätigbar und arbeitet als unabhängiges Matrixanzeigeelement. Es ist im Hinblick auf die vorstehende Erläuterung verständlich, dass viele derartige Elektroden in dem Anzeigeelement 76 verwendet werden können und dass lediglich relativ wenige in Fig. 11 lediglich aus Vereinfachungsgründen für die Zeichnung dargestellt sind. Die verschränkten Matrixanordnungselemente 71 bis 75 sind dem verschränkten Anordnungselement 76 ähnlich und es ist in einfacher Weise verständlich, dass die einzelnen unabhängigen Matrixanzeigeelemente unabhängig entsprechend einem gewünschten Programm betätigt werden können. Es ist zu erkennen, dass die verschränkten Anordnungselemente 72, 73, 74 einem Leiter-Parallelogramm 81 zugeordnet sind, das dem Parallelogramm 51 ähnlich ist.
Eine in der Mitte angeordnete verschränkte Anordnung, die das übliche 7-Segment-Anzeigemuster, das in vielen Fällen zur Erzeugung von alphanumerischen Anzeigen verwendet wird, vervollständigt, wird durch eine erste Anordnung von Elektroden, die sich von einem Anschlussarm 1 17b des Parallelogramms 51 erstrecken, und durch eine zweite verschränkte Anordnung von Elektroden, die sich von dem Anschluss 80 erstrecken, gebildet. Der Anschluss 80 ist mit dem Verbindungsanschluss 58 verbunden, so dass bei Anlegen einer Spannung zwischen die Verbindungsanschlüsse 54 und 58 der Zustand der nematischen Flüssigkristallschicht in der Nähe des Anordnungselementes 77 sich ändert, wie es weiter oben beschrieben wurde.
Es ist zu erkennen, dass durch geeignetes Programmieren des getrennten Anlegens der Potentiale an die verschiedenen Verbindungsanschlüsse 50, 53, 55,56, 57, 58,59 gegenüber der gemeinsamen Elektrode 54 irgendeine gewünschte Kombination der verschränkten Anordnungselemente 71 bis 77 erregt werden kann, so dass die Ziffern 0 bis 9 gebildet werden können.
Es ist verständlich, dass die Erfindung in vielen anderen Matrixformen verwendet werden kann, bei denen zusammenwirkende verschränkte Anordnungen verschiedener Formen und Grössen in beliebiger Weise auf einem einzigen Substrat für eine selektive Erregung angeordnet sind. Beispielsweise ist eine Mehrelement-Matrix-Anzeigevorrichtung in einfacher Weise denkbar, bei der eine Vielzahl von Reihen und Spalten von quadratischen verschränkten Anordnungen ähnlich denen nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden. Diese Matrixelemente können auf einem gemeinsamen transparenten Substrat zur selektiven Erregung eines sehr dünnen Films aus nematischem Material verwendet werden, das durch eine Betrachtungsplatte wie in den Fig. 1 und 2 bedeckt ist. Der scharfe Einschalt Schwellwert ermöglicht eine koinzidente x-y-Adressierung auf einer Zeitteilungsbasis.
Charakteristika der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind weiterhin in Fig. 12 gezeigt, in der die übertragene optische Intensität auf einer relativen Skala gegenüber der angelegten Spannung (in Effektivwerten) aufgetragen ist. Die übertragene Intensität ist die Summe aller Beugungsgrössenordnungen und ergibt sich unter Verwendung von gekreuzten Polarisatoren, wobei die Polarisatoren unter +45 gegenüber den Elektroden 13a, 14a usw. angeordnet sind. Der Mittelabstand der Elektroden beträgt 50 Mikron, wobei sich Spalte von 25 bis 30 Mikron ergeben. Das Flüssigkristallmaterial ist eine Nitril-Mischung. Die grafischen Darstellungen zeigen das Verhalten für Gleichstrom und für 40 und 4000 Hz.
The invention relates to a display device with a liquid crystal cell, characterized by first and second electrodes, which are arranged on a dielectric substrate parallel to one another at a distance, an optically transparent dielectric cover plate which is arranged parallel to the substrate and at a small distance therefrom, a liquid crystal with positive dielectric anisotropy, responsive to an electric field between the electrodes, disposed between the substrate and the cover plate and whose optical birefringence is responsive to changes in the electric field between the first and second electrodes, the liquid crystal having a homeotropic orientation when the electric field reaches a certain threshold value, and through dielectric closure parts,
which tightly seal the liquid crystal-filled space between the substrate and the cover plate.
It has been found that liquid crystal materials can be used in, for example, electrically controlled display devices of the flat panel type. For example, one known arrangement uses electrically controllable, dynamically scattering materials in a cell which is composed of different layers and which comprises a set of transparent flat electrodes on the front side and a specularly reflective rear electrode spaced from the front electrode system. A layer of nematic material is arranged between the two electrode systems. If there is no electric field between the two electrode systems, the liquid crystal material is optically transparent.
Thus, when the rear electrode reflects a black background, the cell will have a black appearance to a viewer looking into the cell through the front transparent electrode system. However, if a static or an alternating electric field is applied between the two spaced electrode systems, the liquid crystal material abruptly loses its translucent properties and scatters the light penetrating into the cell through the front translucent electrode system. In this state, the scattered light is returned to the viewer and the apparent color of the cell has generally the same spectral content as the light entering the cell through the front electrode system, i. in the usual case almost white.
When the electric field is removed, the material abruptly returns to its translucent state and the cell appears black to the viewer.
The scattering effect of these known devices in the presence of an electric field has been explained by the fact that it is caused by local changes in the effective refractive index of the medium when groups of neutral molecules in the medium are set in motion by the electric current generated by the electric field. Ions set in motion pass through the vertically aligned nematic medium and thus result in shear tear-off effects.
The known display devices made advantageous use of the various properties of liquid crystal mixtures. These display devices require electrode systems on the surfaces of both the front and rear support plates of the cell, which electrode systems generally require careful alignment during assembly and are therefore expensive to manufacture. Such known devices, which have conductive electrodes on each side of the nematic layer, are also exposed to the risk of accidental short circuits between the electrode systems.
Another factor which degrades the life of such known display devices is that the main phenomena which produce the display are caused by an electrical current flow rather than by effects directly produced by the electrical control field. Such a large current flow leads to deterioration or destruction of the liquid crystal materials, thereby reducing the life of the display device. In addition, a relatively high operating efficiency is required.
These disadvantages can be avoided with a device designed according to the invention.
a preferred embodiment of the invention is a panel type display device wherein the support panels include a very thin layer of nematic liquid crystal material. The nematic material is disposed in a thin layer between transparent front and back support plates which are generally parallel and have flat sides, although parallel curved sides can also be used. The control field penetrating the nematic layer is generated by an arrangement of electrodes which are arranged on only one inner surface of one of the carrier plates. The birefringence of the nematic liquid crystal material is controlled by selected voltages which are applied to the nested electrode sets which form a pair of cooperating electrode systems.
The alignment of the elements of the electrode sets can thus take place automatically by photographic means, whereby the manufacture and assembly of the device is considerably simplified. Because the electric field effect is used, the operating performance is reduced and the life expectancy of the display cell is increased.
Further advantageous configurations of the invention emerge from the subclaims.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.
In the drawing show:
1 shows a cross-sectional view of a first embodiment of a display device;
Figure 2 is a plan view of the display device of Figure 1 with some parts removed to reveal the interior;
3 and 4 enlarged partial views similar to FIG. 1 to explain the electrical control fields in the display device according to FIG. 1;
Fig. 5 is a side view of a second embodiment of the display using transmitted light;
FIG. 6 shows a partial plan view of the electrode system of the display device according to FIG. 5;
Figures 7-10 are side views similar to Figure 5 but showing third to sixth embodiments of the display device;
Fig. 11 is a partial plan view of the electrode system of a numerical display device which is the seventh embodiment of the display device;
;
Fig. 12 is a graph for explaining the operation of the device.
The display device illustrated in Figures 1 and 2 comprises two generally parallel-sided flat plates 10 and 11 of glass or dielectric material arranged parallel to one another and separated by a very thin layer 12 of an electric field-responsive nematic material. The plates 10 and 11 are optically flat, but alternatively they may be curved while maintaining the parallel relationship. Only the substrate plate 11 is provided on its inner surface with thin conductive electrode parts such as e.g. the electrodes 13a, 13b, 13c and 14a, 14b. A cell for receiving the nematic material is further formed, for example, by a continuous four-sided dielectric wall 15.
Elongated terminals 16 and 17 are each in conductive relationship with the electrodes
13a, 13b, 13c and 14a, 14b arranged on the glass plate 11 at opposite ends of this glass plate. Because of their relatively low resistance, the terminals 16 and 17 and the associated electrodes are essentially equipotential surfaces. The connections 16 and 17 are via a
Series connection of a switch S and a voltage source Spq connected to one another. The voltage source Spq can be a DC voltage or AC voltage source, whichever is preferred. It can be seen that any adjacent pair of electrodes, e.g. B. the
Electrodes 13a and 14a, are suitable in themselves, that lies between these electrodes.
The dielectric plates 10 and 11 can be made of any suitable glass or generally of a transparent one
Isolation material to be made with the optical
Requirements of the cell system is compatible. For example, the material can be selected so that it has an optical refractive index that is similar to that of layer 12, so that undesirable reflections at optical interfaces are avoided.
The transparent conductive electrodes 13 and 14 on the
Substrate plate 11 can be made of tin oxide, indium oxide or similar conductive materials on the
Substrate plate 11 can be deposited by chemical or vapor deposition, by sputtering or by other suitable known methods. The construction can be carried out by a conventional photolithographic etching process on a transparent conductive vacuum-atomized coating of indium oxide on a clean surface of the plate 11. The choice of material is such that the conductive
Electrodes 16 and 17 and their associated electrodes have a low resistivity, on the order of, for example, 100 ohms per square. The center distance was adjacent electrodes such.
B. the electrodes 13a,
14a is substantially constant and can be on the order of 10 to 40 microns, the width of
Electrodes in the order of 30 to 50% of the
Center spacing, which ensures that the full
Operating voltage is less than 100 volts. The thickness of the
Layer 12 must be much smaller than that used in known
Liquid crystal devices is used. (0.5 to 1.5
Microns, for example, a value which is necessarily much smaller than that used in conventional liquid crystal display devices).
So that the liquid crystal layer 12 is kept in its pure form, is protected from contamination and has a uniform thickness, the dielectric wall 15 is preferably designed as a continuous end wall, it can be easily made from a commercially available tape that from a polymerized
Fluorocarbon resin material or it may be a suitable one
Glass material that is needed in the form of the very thin
Washer etched washer. The cell can be at least partially held together by an outer film 19 made of epoxy material which is applied to the outer free surface of the wall 15 so that it is connected to this surface and the adjacent outer surfaces of the glass plates 10 and 11.
In particular from Fig. 2 it can be seen that special
Arrays of electrodes, such as. B. the electrode assemblies 13a, 13b and 13c and the electrode assemblies 14a and 14b are shown. It is understandable that the
Drawings specifically to explain the basic
Principles are drawn with the greatest possible clarity. In actual practice, an arrangement of many thin and closely spaced electrodes 13a, 13b,
13c. . . 13n can be used, to be precise together with many electrodes which are arranged interlaced with a small spacing
14a, 14b ... 14n. The electrodes 13a, 13b, 13c ... 13n can, for example, be momentarily negative when the
Switch 20 is closed while the electrodes 14a,
14b. . . 14n can currently be positive.
In this case, momentary electric fields are built up between the various alternating electrodes. Like it in the
3 and 4, an electric field with one direction is formed in the region between the oppositely polarized electrodes 13a, 14a, while an electric field with a reverse direction is formed between the electrodes
14a, 13b is formed, and so on over the entire interlaced arrangements of the electrodes until the electrodes 13n, 14n are reached.
It will be understood that the viewer can view the state of the nematic liquid crystal layer 12 in FIG. 1 from above or below the cell, as will be explained below in connection with FIGS. 5 to 10, and that
Ambient light as well as an arbitrarily introduced discrete light source can be used. It is also understandable that, for reasons of clarity, FIG. 2 has been drawn as if the upper glass plate 10 according to FIG. 1 had not yet been brought into place and as if the outer one
Epoxy film 19 had not yet been formed. Thus, the viewer sees directly the top of the four-sided wall 15 and the electrode system.
The very thin layer 12 of nematic material can be formed from any of the various nematic liquid crystal materials or mixtures thereof, which materials have positive anisotropy. Those usable at room temperature and in the French
Materials described in U.S. Patent 72-10764 are of interest as are well-known materials of the prior art
Cyano-anillline or nitrile type or other Schiff bases which strive to align their long axes essentially parallel to an applied electric field. Furthermore, materials can be used which, for example, also endeavor to align themselves perpendicular to the inner surfaces of the clean glass plates 10 and 11.
The thin homeotropic nematic layer 12 with its molecules perpendicular to the dielectric plates 10 and 11 is aligned by maintaining an extreme
Achieved cleanliness of the inner surfaces of the panels. High purity liquid crystal materials are used which have a resistivity of 109 to 1013 ohm cm. For example, the critical frequency fc can be defined by the equation fc = u12: re, where c is the space charge relaxation frequency, a is the specific electrical conductivity and e is the dielectric constant of the liquid crystal material.
The value of fc is approximately 100 Hz for representative materials.
Fig. 3 is an illustration of the electric field lines from the electrodes 13a, 14a which the liquid crystal layer 12 for
Penetrates frequencies that can be described as low (f <fc). In this case, the fringing field components E l have little effects on the liquid crystal medium 12, while the main effect results from the transverse electric field components E 1. For high frequencies f> fc, the electrical fringe field components E1 outweigh the transverse field components E11.
Liquid crystal materials, which are selected from the materials having a positive dielectric anisotropy, are used for the case shown in FIG. 3, because materials with positive
Anisotropy (initially homeotropic) has the greatest impact on the
Address transverse field components Ell. As mentioned above, the embodiments of the display device can be viewed from both sides. They can also be used in light transmission and reflection modes of operation.
For example, in the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the liquid crystal cell is designated by the general reference number 20 and is arranged between a conventional polarization analyzer 21 and a conventional polarizer 22, the illumination from a discrete light source 23 by the polarizer 22, cell 20 and analyzer 21 and then into the eye of a viewer. In general, the planes of polarization of components 21, 22 are at right angles to each other and, for example, 45 "from electrodes 13a, 14a, as shown in FIG. 6. In the light conduction or light transmission mode, the presence of an electric field enables light to be transmitted from the discrete source 23 to the eye 24 through the area between the electrodes.
In the absence of an electric field, the area between the electrodes 13a, 14a is dark. The electrodes themselves are also dark. The dark and light states can be reversed by arranging the polarization planes of the polarizer 22 and the analyzer 21 parallel to one another and, for example, at 45 "to the electrodes 13a, 14a. In any case, the incident light is 45" opposite the direction of the polarized applied field, ie under 45 "for example in the case of the electrodes 13a, 14a. The components 20, 21, 22 and 23 can be held in a suitable manner by conventional mechanical elements (not shown).
The versatility of the basic idea according to the invention also results from the fact that the reflection mode of operation, as shown in FIGS. 7 to 10, is possible in many different forms which compete very well with conventional dynamic scattering or turbulence display devices can. In the embodiment shown in FIG. 7, a single circularly polarizing element 25 (a linear polarizer and a quarter wave plate) with a source of diffuse light rays 29 is used.
the rays 29 pass through the display cell 20 and are reflected off a diffuse mirror surface 28 on one side of a glass plate 26. The diffuse mirror surface 28 can be colored pigment particles, such as. B. that of a layer 27 of aluminum paint or a metal coating on a roughened glass surface. After the reflection from the surface 28, the light again travels through the cell 20 and through the circularly polarizing element 25 to the eye 24 of the viewer. The diffuse surface appears dark with a zero electric field over a wide field of view when the homeotropic layer is very thin (between 0.5 and 1.5 microns).
The embodiment according to FIG. 7, in which the components 20, 25 and 26 are held by means not shown, is advantageous in particular with regard to its simplicity and due to the fact that it allows a wide range of viewing angles. In the similar embodiment of FIG. 8, a discrete light source 23 is used and a specularly reflecting mirror 30 replaces the diffuse mirror surface 28 of FIG. 7. The components 20, 23, 25, 30 are in suitable relationship with the aid of means (not shown) and spaced apart.
Alternatively, the diffuse illumination used in FIG. 7 can be retained, as shown in FIG. 9, as well as the diffuse mirror 28. The circularly polarizing element 25 according to FIG. 7 is replaced by a polarizer 32 by which the Light rays 29 enter the liquid crystal cell 20 and an analyzer 22 between the cell 20 and the diffuse mirror 28. A modified embodiment of FIG. 9, shown in FIG. 10, uses the discrete light source and a specularly reflecting mirror 30 of FIG. 8 instead of the diffuse light and the diffuse mirror 28 of FIG. 9. As in FIG. 5, the polarizers and Analyzers according to FIGS. 9 and 10 have mutually parallel planes instead of mutually perpendicular planes.
The various elements of FIGS. 9 and 10 can be supported by conventional means (not shown).
It can be seen that the embodiments according to the invention can be used to create electro-optical liquid crystal display devices or for light valve arrangements in the form of a display with flat plates or a modulator, these arrangements using an interlaced electrode arrangement. The interlaced electrode arrangement is only required on one surface of the very thin nematic film, so that there is no need for interacting electrodes on the other surface of the nematic layer, so that there is little costly production and less costly assembly.
The electrodes produce edge or transverse field electrical components or both with respect to the volume occupied by the very thin nematic film, so that a wide variety of liquid crystal materials can be selected.
The applied electric field is used, for example, to perturb the normal orientation of the long nematic molecules (orientation at right angles to the main surfaces of the glass container plates) and thus the nematic orientation of the material, thereby controlling the birefringence or optical phase delay of the film. The controlled birefringence is directly electrically field-dependent and very low control powers (of the order of 10 microwatts per cm2 of display area) are effective. This is in contrast to known turbulence indicators, which operate largely due to the presence of electrical currents and therefore consume considerably more power.
Because only small electrical currents flow, the liquid crystal materials are under operating conditions in which they have a relatively long service life.
Because an electric field effect is used, liquid crystal materials having positive dielectric anisotropy are easily used because they do not normally have dynamic scattering effects but are mainly responsive to electric fields. Materials with negative dielectric anisotropy, which can normally easily be made to show dynamic scattering, when used in the form of an ultra-thin layer only have a field-acting operation, the alignment of the molecules due to the very thin layer and the immediate The proximity of the glass plates suppresses tendencies towards dynamic scattering.
Below a threshold voltage, which is characteristic of the specific liquid crystal material used, the birefringence is very low, while above this threshold, at which a sharp transition occurs, a strong optical birefringence is observed. In the embodiment according to FIG. 7, for example, this has the effect that the controlled areas appear white against a black background. The contrast between the on and off state is a few hundred to one, specifically along the axis of the display device. Rise times between 20 and 80 milliseconds are representative, with fall times being approximately 40 milliseconds.
The threshold voltage is essentially constant for the nitrile Schiff bases, for example, starting from a direct voltage up to excitation frequencies of up to 200,000 Hz.
Using appropriate polarizers, diffuse or discrete light sources can be used in either light transmission or reflection modes. The viewing angle is particularly large when diffuse lighting and a mirror with a diffuse surface are used in the reflective mode of operation.
The versatility of the invention arises from the wide variety of arrangements in which it can be used, such as. B. in the numerical display device according to FIG. 11. In this device, an arrangement of a plurality of electrodes 113a, 113b... Are arranged at regular intervals. in a regular interleaved relationship with a second arrangement of a plurality of electrodes 114a, 114b. . . 114n arranged. The electrode assembly 113a. . . 1 13n is conductively connected to a terminal 116 and then to a connection terminal 50, while the electrode arrangement
114a. .
. 1 14n is conductively connected to a connection arm 117 of a square or a parallelogram made of conductive material, such as. B. indium oxide and which is attached to a transparent substrate plate 22 similar to the flat glass plate 11 according to FIGS. It can be seen that when a series-connected battery and a switch between the connection terminal 50 and a connection terminal 54 connected to the terminal arms 117b, 117c, 117a and 117 are turned on and the switch is closed, electric fields between the Electrodes 113a and 114a, 113b and 114b. .
. and 113n and 114n, causing a change in the light transmitted through a very thin liquid crystal layer located above the substrate plate 52 and thus above the above-mentioned electrodes in the manner shown in FIGS is arranged.
Because the connection terminal 50 is independent of all other connection terminals 53 to 59, a change in light transmission occurs only in the area corresponding to the number of electrodes 113a, .... 13n and 114a ....
1 14n is assigned. Thus, the interlaced electrode assembly element 76 is independently operable and operates as an independent matrix display element. In view of the above explanation, it will be understood that many such electrodes can be used in the display element 76 and that only relatively few are shown in FIG. 11 merely for the sake of simplicity for the drawing. The interleaved matrix arrangement elements 71 to 75 are similar to the interlaced arrangement element 76, and it is easy to understand that the individual independent matrix display elements can be operated independently according to a desired program. It can be seen that the interlaced arrangement elements 72, 73, 74 are assigned to a ladder parallelogram 81 which is similar to the parallelogram 51.
A centrally arranged, interlaced arrangement, which completes the usual 7-segment display pattern which is used in many cases to generate alphanumeric displays, is provided by a first arrangement of electrodes which extend from a connection arm 1 17b of the parallelogram 51 , and formed by a second interleaved array of electrodes extending from terminal 80. The terminal 80 is connected to the connection terminal 58, so that when a voltage is applied between the connection terminals 54 and 58, the state of the nematic liquid crystal layer in the vicinity of the arrangement element 77 changes, as described above.
It can be seen that by appropriately programming the separate application of the potentials to the various connection terminals 50, 53, 55, 56, 57, 58, 59 opposite to the common electrode 54, any desired combination of the interlaced array elements 71 to 77 can be excited, so that the digits 0 to 9 can be formed.
It will be understood that the invention can be used in many other matrix forms in which cooperating entangled arrays of various shapes and sizes are randomly arranged on a single substrate for selective excitation. For example, a multi-element matrix display device is conceivable in a simple manner in which a plurality of rows and columns of square interleaved arrangements similar to those according to FIGS. 1 and 2 are used. These matrix elements can be used on a common transparent substrate to selectively excite a very thin film of nematic material covered by a viewing plate as in Figs. The sharp switch-on threshold enables coincident x-y addressing on a time-division basis.
Characteristics of the preferred embodiments of the invention are further shown in Figure 12, in which the transmitted optical intensity is plotted on a relative scale versus the applied voltage (in rms values). The transmitted intensity is the sum of all diffraction orders of magnitude and results from the use of crossed polarizers, the polarizers being arranged at +45 opposite the electrodes 13a, 14a, etc. The center-to-center spacing of the electrodes is 50 microns with gaps of 25 to 30 microns. The liquid crystal material is a nitrile mixture. The graphs show the behavior for direct current and for 40 and 4000 Hz.