CH636709A5 - Liquid-crystal display cell - Google Patents

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CH636709A5
CH636709A5 CH124479A CH124479A CH636709A5 CH 636709 A5 CH636709 A5 CH 636709A5 CH 124479 A CH124479 A CH 124479A CH 124479 A CH124479 A CH 124479A CH 636709 A5 CH636709 A5 CH 636709A5
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liquid crystal
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display cell
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CH124479A
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Martin Dr Schadt
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Hoffmann La Roche
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13725Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on guest-host interaction

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Description


  
 

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

 



   PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrooptische Flüssigkristallanzeigezelle mit einem zwischen zwei mit Mitteln zur elektrischen Ansteuerung versehenen Platten angeordneten Flüssigkristall und darin eingelagerten, durch die Flüssigkristallmatrix orientierbaren dichroitischen Farbstoffmolekülen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einlagerung von mindestens einem Farbstoff, mindestens zwei Absorptionsmaxima bei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich vorhanden sind, wovon mindestens eines durch die bevorzugte Absorption von parallel zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht und mindestens ein anderes durch die bevorzugte Absorption von senkrecht zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht charakterisiert ist.



   2. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Farbstoffe eingelagert sind, von denen mindestens je einer eine der beiden bevorzugten Absorptionseigenschaften aufweist.



   3. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff eingelagert ist, der beide Absorptionszustände mit den entsprechenden Polarisationsrichtungen gleichzeitig aufweist.



   4. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder hinter dem   Flüssigkristall    ein Polarisator angeordnet ist.



   5. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Platten ein Reflektor ist.



   6. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmatrix homogen orientiert ist.



   7. Flüssigkristallanzeigezelle, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmatrix schraubenförmig verdrillt ist.



   8. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe der Schraubenstruktur p grösser oder gleich dem vierfachen des Plattenabstands d ist.



   9. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe p der Schraubenstruktur kleiner ist als das vierfache des Plattenabstands d.



   10. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Plattenoberflächen eine homogene Wandorientierung besteht.



   11. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Plattenoberflächen eine homöotrope Wandorientierung besteht.



   12. Flüssigkristallanzeigezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall positive Dielektrizitätsanisotropie besitzt.



   13. Flüssigkristallanzeigezelle nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die   Flüssigkristallmatrix    homöotrop orientiert ist.



   Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Flüssigkristallanzeigezelle mit einem zwischen zwei mit Mitteln zur elektrischen Ansteuerung versehenen Platten angeordneten Flüssigkristall und darin eingelagerten, durch die   Flüssigkristallmatrix    orientierbaren dichroitischen Farbstoffmolekülen. Für solche Anzeigezellen hat sich der englische Ausdruck  Guest-Host  Zellen eingebürgert, dessen Übersetzung  Gast/Wirt-Zellen  ebenfalls verwendet wird.



   Ein Guest-Host-Effekt wurde im Jahre 1968 von G.H.



  Heilmeier et al. erstmalig beschrieben (Appl. Phys. Lett. 13, 1968, S. 91). Zur Verwirklichung dieses Effekts wurde ein dichroitischer Farbstoff in einer homogen orientierten positiv dielektrischen Flüssigkristallmatrix eingelagert und durch Anlegen einer elektrischen Spannung homöotrop umorientiert. Die Umorientierung der Farbstoffmoleküle in   Feidrichtung    hat eine Änderung der Farbintensität zur Folge. Im Idealfall, d.h. unter anderem bei perfekter homöotroper Orientierung der dichroitischen Moleküle (Ordnungsgrad S = 1) und 100%iger selektiver Absorption entlang den Moleküllängsachsen kann mit diesem Effekt ein maximaler Kontrast von 2:1 erreicht werden, falls kein   Eintrittspolarisator    verwendet wird.



   Bei Verwendung eines Eintrittspolarisators kann zwar der Kontrast wesentlich erhöht werden, dafür wird jedoch durch den Polarisator die Transmission der Zelle im eingeschalteten Zustand beeinträchtigt. Zum Transmissionsverlust durch den Polarisator kommen im eingeschalteten Zustand noch zusätzliche Transmissionsverluste infolge von nicht perfekt homöotrop orientierten dichroitischen Molekülen hinzu, die eine Restfärbung erzeugen. Diese prinzipiell immer vorhandene Restfärbung derselben Farbe wie im feldfreien Zustand ist selbst bei Verwendung von Farbstoffmolekülen mit sehr hohem Ordnungsgrad (S etwa 0,8), die kaum noch wesentlich übertroffen werden können, noch intensiv genug um einen ästhetisch unbe   friedigenden    Eindruck zu erwecken und so die Realisierung von Guest-Host-Zellen, die in Reflexion betrieben werden, zu verhindern.



   Im Jahre 1974 wurde von D.L. White et al. ein weiterer Guest-Host-Effekt   beschrieben,    der darauf beruht, dass dichroitische Farbstoffmoleküle in eine cholesterische Flüssigkristallmatrix eingebaut werden. Durch die schraubenförmige Verdrillung sollte sich die Notwendigkeit eines eingangsseitigen Polarisators erübrigen. Mit dieser Zelle wurde ohne Polarisator ein Kontrast erreicht, der deutlich besser ist als bei der von Heilmeier et al. vorgeschlagenen Zelle. Auch bei dieser Zelle wird jedoch lediglich die Farbintensität durch Anlegen eines elektrischen Feldes geändert. Nach diesem Prinzip aufgebaute Anzeigen sind daher prinzipiell ebenso wenig akzeptiert worden wie die ältere Zelle nach Heilmeier.



   Ein zusätzlicher Nachteil der Zelle von White et al. besteht darin, dass der zugrunde liegende Effekt von der Feldstärke und nicht von der Spannung abhängig ist. Dabei sind die zur homöotropen Ausrichtung notwendigen Feldstärken umso höher, je niedriger die Ganghöhe der verdrillten Schraubenstruktur der Flüssigkristallmatrix ist. Dies hat zur Folge, dass in der Praxis optisch nicht optimale Ganghöhen verwendet werden müssen, da sonst die zur Ansteuerung der Zellen notwendigen Spannungen zu hoch würden. Zudem treten bei Verwendung von Matrizen mit geringer Ganghöhe unerwünschte optisch streuende Speichereffekte auf.



   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Flüssigknstallanzeige-Zelle anzugeben, mit der mit oder ohne Verwendung eines Polarisators gute Kontraste erzielbar sind und mit der insbesondere durch elektrische Ansteuerung Farbänderungen hervorgerufen werden können, ohne auf die bekannten Vorteile von Flüssigkristallzellen verzichten zu müssen.



   Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine Anzeige Zelle der eingangs genannten Art die sich dadurch auszeichnet, dass durch die Einlagerung von mindestens einem Farbstoff, mindestens zwei Absorptionsmaxima bei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich vorhanden sind, wovon mindestens eines durch die bevorzugte Absorption von parallel zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht und mindestens ein anderes durch die bevorzugte Absorption von senkrecht zu Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht charakterisiert ist.

 

   Die beiden vorstehend definierten Absorptionsmaxima lassen sich entweder in einem einzigen Farbstoffmolekül verwirklichen oder aber durch Einlagerung zweier verschiedener Farbstoffe, von denen jeder zu einem der speziellen Absorptionsmaxima beiträgt. Selbstverständlich ist es auch möglich mehr als zwei Farbstoffe mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima und/ oder Richtungen der Absorption vorzusehen. Die Farbstoffe können auch selbst flüssigkristalline Phasen aufweisen.  



   Zur Verwirklichung des neuen Effekts werden bevorzugt



  nematische Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie verwendet. Die Struktur des   Flüssigkristalls    im feldfreien Zustand kann homogen orientiert oder schraubenförmig verdrillt sein. Flüssigkristalle, bei denen die schraubenförmige Verdrillung durch Beimischung eines cholesterischen Materials erzeugt wird und die Ganghöhe der Schraubenstruktur p   la    4d (d = Plattenabstand) ist, sollen für den Zweck dieser Beschreibung ebenfalls unter den Begriff  nematisch  fallen. Hingegen sollen solche Strukturen, bei denen p  <  4d ist, als cholesterisch bezeichnet werden. Bei Verwendung von cholesterischen Flüs   sigkristallmatrizen    können neben homogenen auch homöotrope Randbedingungen verwendet werden.



   Es können auch nematische Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie verwendet werden, die im feldfreien Zustand homöotrop angeordnet sind.



   Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.



   Es zeigen
Fig. 1 eine Anzeigezelle nach der Erfindung mit homogener Struktur im feldfreien Zustand;
Fig. 2 eine Ausführungsform mit schraubenförmig verdrillter Molekülanordnung und p   °    4d;
Fig. 3 eine Ausführungsform mit höher verdrillter Struktur.



   Fig. 1 zeigt zwei im Abstand voneinander angeordnete Glasplatten 1, die auf den einander zugewandten Seiten mit transparenten Elektroden 2 versehen sind. Die Elektroden sind im Falle einer Anzeigeanordnung für Buchstaben, Ziffern etc. in bekannter Weise segmentiert. An die Elektroden kann mittels einer Spannungsquelle 3 eine Spannung angelegt werden. Zwischen den beiden Platten befindet sich ein homogen orientierter nematischer Flüssigkristall 4, in dem zwei verschiedene Farbstoffe 5 und 6 gelöst sind. Die Richtung der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle und damit auch diejenige der gelösten Farbstoffmoleküle wird als X-Richtung des in der Zeichnung angegebenen Achsenkreuzes festgelegt. Die Z-Richtung gibt die Richtung eines von einer Lichtquelle 7 zu einem Beobachter 8 gerichteten Lichtstrahls an.

  Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich also zunächst auf einen Betrieb der Zelle in Transmission.



   Die homogene Orientierung des nematischen Flüssigkristalls wird in bekannter Weise beispielsweise dadurch erzeugt, dass mindestens einer der Glasplatten eine die Moleküle in eine Vorzugsrichtung orientierende Oberflächenbeschaffenheit gegeben wird. Da der Flüssigkristall, wie erwähnt, positive dielektrische Anisotropie besitzt, wird er sich durch ein angelegtes elektrisches Feld mit Ausnahme der Randschichten annähernd senkrecht zu den Platten orientieren. Durch die Senkrechtstellung der Flüssigkristallmoleküle werden auch die Farbstoffmoleküle in eine zu den Platten senkrechte Richtung gezwungen.



  Durch diese Richtungsänderung ergibt sich bei den Farbstoffen infolge ihres Dichroismus eine Änderung ihrer Absorptionscha   rakteristik    bezüglich des durch die Zelle gehenden Lichts.



   Die beiden Farbstoffe unterscheiden sich durch folgende physikalischen Hauptmerkmale:
1. Die Absorptionsmaxima der beiden hiernach mit L und T bezeichneten Substanzen liegen im sichtbaren Bereich bei verschiedenen Wellenlängen   XL    bzw.   Br    d.h. die diesbezüglichen Farben 1 und t sind verschieden voneinander.



   2. Die Moleküle L haben mindestens einen bei XL liegenden polarisierten optischen Übergang entlang der Moleküllängsachse. Mit anderen Worten ist das Absorptionsvermögen für einfallendes linear polarisiertes Licht bei L-Molekülen dann maximal, wenn der elektrische Vektor des Lichts parallel zur Moleküllängsachse schwingt. Die Moleküle T sollen mindestens einen bei   hT    liegenden polarisierten optischen Übergang senkrecht zur Moleküllängsachse aufweisen bzw. mit anderen Worten, einfallendes linear polarisiertes Licht dann maximal absorbieren, wenn dessen elektrischer Vektor senkrecht zur Moleküllängsachse schwingt.



   Die Ordnungsgrade der Farbstoffe in der Matrix sollen mit   SL    bzw.   ST    bezeichnet werden.



   Im allgemeinen wird   SL *      ST    sein. Zur Vereinfachung der nachfolgenden Erläuterungen soll jedoch idealisierend angenommen werden, dass   SL    =   ST    =   list.    Unter der vorstehenden Annahme absorbieren im feldfreien Zustand lediglich die Moleküle L selektiv, d.h. der Beobachter 8 sieht bei einfallendem, in X-Richtung linear polarisiertem weissen Licht nur Licht der Farbe 1. Wird eine elektrische Spannung V an die transparenten Elektroden 2 angelegt, die grösser ist als eine Schwellenspannung   Vih,    so werden die positiv dielektrischen   Flüssigkristallmo-    leküle und mit ihnen die Längsachsen der Farbmoleküle L und T in Z-Richtung umorientiert (homöotrope Orientierung ).

  In diesem Orientierungszustand absorbieren die Moleküle L (wegen   SL    = 1) kein Licht mehr. Dagegen liegen jetzt die Übergangsmomente der T-Moleküle in der x-y-Ebene, d.h. die T-Moleküle absorbieren nun selektiv weisses Licht und der Beobachter sieht die Farbe t. Die Farbe der Anzeigezelle lässt sich somit durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen 1 und t umschalten.



   Ohne Polarisator absorbieren im feldfreien Zustand nicht nur die L-Moleküle sondern auch die in Y-Richtung liegenden Übergangsmomente der T-Moleküle. Dies hat zur Folge, dass der Beobachter, dessen Auge verschiedene Polarisationsrichtungen des Lichts nicht unterscheiden kann, im feldfreien Zustand eine Mischfarbe m sieht die von den Farben 1 und t und deren Mischungs- und Extinktionsverhältnissen abhängig ist.



  Falls beispielsweise 1 = gelb und t = blau sind, so kann als Mischfarbe m = grün entstehen. Die Zelle würde dann zwischen grün und blau umschalten.



   Im Gegensatz zu bekannten Guest-Host-Effekten erscheint dieser neue Effekt dem Auge als sehr kontrastreich, und zwar selbst dann, wenn sich die Gesamttransmission der Zelle zwischen feldfreiem Zustand und angelegter Spannung nicht ändert.



   Durch eine Reihe von Massnahmen können beliebige Mischfarben erzeugt werden. So kann beispielsweise durch Hinzufügen eines oder mehrerer weiterer Farbstoffe, vorzugsweise ebenfalls dichroitische, eine Änderung der Mischfarbe in den beiden Schaltzuständen erreicht werden. Eine weitere Einflussmöglichkeit auf die Farben ergibt sich durch Absorptionsbeiträge, die auf bestimmten Molekülanordnungen beruhen. So kann beispielsweise durch das sogenannte  Ankippen , d.h. die Schrägstellung der Moleküle des Flüssigkristalls infolge bestimmter in bekannter Weise herzustellender Oberflächenbeschaffenheit der Trägerplatten, die Absorption eines gegebenen Farbstoffs bezüglich der Fortpflanzungsrichtung des Lichts und damit sein Einfluss auf die Mischfarbe verändert werden.

  Ein weiterer Einfluss auf die Mischfarbe ergibt sich aus den Ordnungsgraden S der   L-    und T-Farbstoffmoleküle, die, wie bereits erwähnt, in der Praxis kleiner als 1 sind.



   Auf die in Fig. 1 gezeigte Anordnung angewendet bedeutet dies, dass bei Verwendung von Farbstoffen mit   SL,    ST  <  1 SOwohl im feldfreien Zustand, als auch bei anliegendem Feld beide Farbstoffe einen Absorptionsbeitrag liefern. Im ausgeschalteten Zustand tragen nicht nur die L-Moleküle zur Absorption bei, sondern auch die T-Moleküle mit ihren nicht mehr perfekt in der y-z-Ebene liegenden Übergangsmomenten. Der Beobachter sieht die Mischfarbe   muff.   

 

   Im eingeschalteten Zustand sieht er entsprechend eine andere Mischfarbe   mOn,    die durch die nicht verschwindenden Projektionen der Übergangsmomente der L- und T-Moleküle in die x-y-Ebene verursacht wird.



   Aus dem obigen geht hervor, dass die Qualität bzw. die Ästhetik der neuen Anzeigen durch Verwendung von nicht idealen dichroitischen Farben, deren Ordnungsgrad kleiner als 1  ist, nicht grundsätzlich ungünstig beeinflusst wird. Es ergibt sich, wie erwähnt, lediglich eine Änderung der Mischfarbe, die ästhetisch durchaus bevorzugt sein kann.



   Die Mischfarben   mOff    und   m    können also weitgehend durch die Wahl der Farben 1 und t, deren Mischungsverhältnis und Extinktionskoeffizienten, sowie durch ihre Ordnungsgrade und die Geometrie der   Flüssigkristallmatrix    bestimmt werden.



     mOn    weicht umso weniger von t ab, je näher der Ordnungsgrad der Moleküle L dem Zustand S = 1 kommt. Bei Verwendung eines in x-Richtung orientierten Polarisators bestehen analoge Verhältnisse für die Mischfarbe   mOff    bezüglich   ST.   



   Wie üblich kann die Zelle selbstverständlich nicht nur in Transmission sondern auch in Reflexion betrieben werden. Zu diesem Zweck wird auf der dem Lichteinfall gegenüberliegenden Seite ein Reflektor angebracht; der Beobachter befindet sich auf der gleichen Seite wie die Lichtquelle. Da ein Polarisator nicht nötig ist, kann auf der Rückseite die reflektierende Oberfläche direkt an den Flüssigkristall anschliessen. Dies ergibt weitere Vorteile hinsichtlich der optischen Qualität und der Lichtausbeute.



   Wie bereits erwähnt, kann die Flüssigkristallmatrix auch schraubenförmig verdrillt sein. Fig. 2 zeigt eine einfach verdrillte Struktur mit einer Ganghöhe vom vierfachen Plattenabstand.



  Die eingelagerten Farbstoffmoleküle sind die gleichen wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Abgesehen von den Farbstoffen entspricht diese Zelle der heute in Flüssigkristallanzeigen allgemein angewendeten TN (twisted nematic)-Zelle oder  Drehzelle . Bei angelegtem elektrischem Feld orientiert bei dieser Ausführungsform der Flüssigkristall die Farbstoffmoleküle ebenfalls in eine annähernd homöotrope Struktur. Bei eingeschalteter Spannung ist die Zelle daher im wesentlichen mit dem in Fig.   lb    gezeigten Zustand vergleichbar. Auch diese Zelle kann sowohl ohne als auch mit Polarisator betrieben werden.



   Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt. Der Flüssigkristall hat in dieser Zelle eine hochverdrillte Molekülanordnung, wie sie von White et al. erstmals vorgeschlagen wurde und bei der die Ganghöhe p kleiner als 4d ist. Für die hochverdrillte Molekülanordnung gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Wandorientierungen, nämlich die homogene und die homöotrope. Dementsprechend verschieden ist im feldfreien Zustand auch die Anordnung der Schraubenstruktur. Bei homogener Wandorientierung steht die Schraubenachse im wesentlichen senkrecht zu den Platten. Diese Version ist in Fig. 3 gezeigt. Bei homöotroper Wandorientierung ist die Schraubenachse im we   wesentlichen    parallel zu den Platten ausgerichtet.



   Neben den beiden grundsätzlichen Alternativen der homogenen und der homötropen Wandorientierung können selbstverständlich auch Zwischenformen auftreten, bei denen durch entsprechende Oberflächenbeschaffenheit der Platten eine Schrägstellung der Moleküle erreicht wird.



   Bei der hochverdrillten Molekülanordnung kann sich eine Änderung der Mischfarbe   mOff    gegenüber derjenigen der homogenen Struktur ergeben. Dies ist auf den unterschielichen Einfluss der Farbe t auf die Farbe   1    zurückzuführen.



   Durch Anlegen eines elektrischen Feldes wird auch die hochverdrillte Struktur im wesentlichen in den in Fig.   lb    gezeigten Zustand übergeführt. Die Mischfarbe   m    im eingeschalteten Zustand ist somit auch bei dieser Anordnung im wesentlichen dieselbe wie bei der homogenen Struktur.



   Als Wirt-Substanz für den neuen Effekt kommen praktisch alle in der Flüssigkristalltechnologie bewährten nematischen Substanzen bzw. Mischungen in Frage. Einige solche Mischungen sind beispielsweise in einem Artikel von Schadt, M. et al. in
IEEE Transactions on Electron Devices ED/25, Nr. 9 (1978),
1125-1137 beschrieben. Da sich die einzelnen Mischungen hin sichtlich ihrer verschiedenen Parameter unterscheiden und die einzelnen Parameter je nach Verwendungszweck mehr oder we niger ins Gewicht fallen, kann hier keine allgemein gültige Aus sage über die optimale Eignung einzelner Substanzen gemacht werden. Wegen ihrer günstigen Parameter haben sich aber beispielsweise die unter den Handelsbezeichnungen RO-TN-103 und RO-TN-403 bekannten Mischungen für breite Anwendungen als besonders geeignet erwiesen.



   Zur Erzielung verdrillter Strukturen kann der Flüssigkristall mit den üblichen optisch aktiven Dotierungsmitteln gemischt werden, wie beispielsweise mit der unter der Bezeichnung CB
15 von der Firma British Drug Houses vertriebenen Substanz.



  Verdrillte Strukturen lassen sich aber bekanntlich auch durch entsprechende Behandlung der Plattenoberflächen erzeugen.



   Typische dichroitische Farben vom L-Typ wurden unter anderem von Constant et al. in Electronics Lett. 12 (1976) 514 beschrieben. Farben vom T-Typ sind von Demus, H. et al. in: Flüssige Kristalle in Tabellen, VEB Deutscher Verlag für   Grundstoffindustrie,    Leipzig 1974 unter dem Stichwort  Tetrazinverbindungen  beschrieben.



   Vorteilhaft am erfindungsgemässen Effekt ist vor allem der Umstand, dass sich bei der Umschaltung nicht nur eine Änderung der Farbintensität sondern auch eine Farbänderung ergibt.



  Da das Auge auch geringe Farbänderungen selbst bei gleicher Extinktion der beiden Farben bei ihren Absorptionsmaxima   Xmax    als Kontrast empfindet, kommt der Farbintensitätsänderung beim neuen Effekt nicht mehr dieselbe limitierende Bedeutung zu wie bei den bisher bekannten Guest-Host-Effekten.



  Es lassen sich ästhetisch bedeutend bessere Kontraste und eine Vielfalt elektrisch steuerbarer Farbkombinationen erzielen. Zudem ist die ästhetische Erscheinung des Effekts bei weitem nicht in dem Masse durch den prinzipiell nicht perfekten Ordnungsgrad S von dichroitischen Farbstoffen begrenzt wie bei den bisher bekannten Guest-Host-Effekten. Vielmehr kann dieser Umstand zur Erzeugung geeigneter Mischfarben sogar vorteilhaft ausgenutzt werden.



   Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, ist der in den Zeichnungen durch den Pfeil P angedeutete Polarisator fakultativ, d.h. die Zellen können ohne oder mit Polarisator betrieben werden. Darüberhinaus ist es aber auch bei Verwendung eines Polarisators ohne Bedeutung, ob er vor oder hinter dem Flüssigkristall angeordnet ist. Wichtig ist lediglich, dass die Polarisationsrichtung im wesentlichen mit der Wandorientierung an der benachbarten Platte bzw. mit dem entsprechenden nematischen Direktor übereinstimmt.

 

   Flüssigkristallanzeigen, die auf diesem neuen Effekt beruhen, können in den meisten bisher bekannten Anwendungsgebieten für Flüssigkristallanzeigen eingesetzt werden. Darüber hinaus bieten sie den besonderen Vorteil einer gegenüber bekannten   Effektefl    überlegenen Farbänderung. Diese Eigenschaft dürfte Anwendungsgebiete erschliessen, für die bisher Flüssigkristallanzeigen noch nicht als optimal gelten konnten.



  Hierzu gehört beispielsweise die Anwendung für Farbbildanzeigen, beispielsweise für Fernsehgeräte oder andere Bildanzeigegeräte. 

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrooptische Flüssigkristallanzeigezelle mit einem zwischen zwei mit Mitteln zur elektrischen Ansteuerung versehenen Platten angeordneten Flüssigkristall und darin eingelagerten, durch die Flüssigkristallmatrix orientierbaren dichroitischen Farbstoffmolekülen, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Einlagerung von mindestens einem Farbstoff, mindestens zwei Absorptionsmaxima bei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich vorhanden sind, wovon mindestens eines durch die bevorzugte Absorption von parallel zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht und mindestens ein anderes durch die bevorzugte Absorption von senkrecht zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht charakterisiert ist.
  2. 2. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Farbstoffe eingelagert sind, von denen mindestens je einer eine der beiden bevorzugten Absorptionseigenschaften aufweist.
  3. 3. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff eingelagert ist, der beide Absorptionszustände mit den entsprechenden Polarisationsrichtungen gleichzeitig aufweist.
  4. 4. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder hinter dem Flüssigkristall ein Polarisator angeordnet ist.
  5. 5. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Platten ein Reflektor ist.
  6. 6. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmatrix homogen orientiert ist.
  7. 7. Flüssigkristallanzeigezelle, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmatrix schraubenförmig verdrillt ist.
  8. 8. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe der Schraubenstruktur p grösser oder gleich dem vierfachen des Plattenabstands d ist.
  9. 9. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganghöhe p der Schraubenstruktur kleiner ist als das vierfache des Plattenabstands d.
  10. 10. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Plattenoberflächen eine homogene Wandorientierung besteht.
  11. 11. Flüssigkristallanzeigezelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Plattenoberflächen eine homöotrope Wandorientierung besteht.
  12. 12. Flüssigkristallanzeigezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkristall positive Dielektrizitätsanisotropie besitzt.
  13. 13. Flüssigkristallanzeigezelle nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallmatrix homöotrop orientiert ist.
    Die Erfindung betrifft eine elektro-optische Flüssigkristallanzeigezelle mit einem zwischen zwei mit Mitteln zur elektrischen Ansteuerung versehenen Platten angeordneten Flüssigkristall und darin eingelagerten, durch die Flüssigkristallmatrix orientierbaren dichroitischen Farbstoffmolekülen. Für solche Anzeigezellen hat sich der englische Ausdruck Guest-Host Zellen eingebürgert, dessen Übersetzung Gast/Wirt-Zellen ebenfalls verwendet wird.
    Ein Guest-Host-Effekt wurde im Jahre 1968 von G.H.
    Heilmeier et al. erstmalig beschrieben (Appl. Phys. Lett. 13, 1968, S. 91). Zur Verwirklichung dieses Effekts wurde ein dichroitischer Farbstoff in einer homogen orientierten positiv dielektrischen Flüssigkristallmatrix eingelagert und durch Anlegen einer elektrischen Spannung homöotrop umorientiert. Die Umorientierung der Farbstoffmoleküle in Feidrichtung hat eine Änderung der Farbintensität zur Folge. Im Idealfall, d.h. unter anderem bei perfekter homöotroper Orientierung der dichroitischen Moleküle (Ordnungsgrad S = 1) und 100%iger selektiver Absorption entlang den Moleküllängsachsen kann mit diesem Effekt ein maximaler Kontrast von 2:1 erreicht werden, falls kein Eintrittspolarisator verwendet wird.
    Bei Verwendung eines Eintrittspolarisators kann zwar der Kontrast wesentlich erhöht werden, dafür wird jedoch durch den Polarisator die Transmission der Zelle im eingeschalteten Zustand beeinträchtigt. Zum Transmissionsverlust durch den Polarisator kommen im eingeschalteten Zustand noch zusätzliche Transmissionsverluste infolge von nicht perfekt homöotrop orientierten dichroitischen Molekülen hinzu, die eine Restfärbung erzeugen. Diese prinzipiell immer vorhandene Restfärbung derselben Farbe wie im feldfreien Zustand ist selbst bei Verwendung von Farbstoffmolekülen mit sehr hohem Ordnungsgrad (S etwa 0,8), die kaum noch wesentlich übertroffen werden können, noch intensiv genug um einen ästhetisch unbe friedigenden Eindruck zu erwecken und so die Realisierung von Guest-Host-Zellen, die in Reflexion betrieben werden, zu verhindern.
    Im Jahre 1974 wurde von D.L. White et al. ein weiterer Guest-Host-Effekt beschrieben, der darauf beruht, dass dichroitische Farbstoffmoleküle in eine cholesterische Flüssigkristallmatrix eingebaut werden. Durch die schraubenförmige Verdrillung sollte sich die Notwendigkeit eines eingangsseitigen Polarisators erübrigen. Mit dieser Zelle wurde ohne Polarisator ein Kontrast erreicht, der deutlich besser ist als bei der von Heilmeier et al. vorgeschlagenen Zelle. Auch bei dieser Zelle wird jedoch lediglich die Farbintensität durch Anlegen eines elektrischen Feldes geändert. Nach diesem Prinzip aufgebaute Anzeigen sind daher prinzipiell ebenso wenig akzeptiert worden wie die ältere Zelle nach Heilmeier.
    Ein zusätzlicher Nachteil der Zelle von White et al. besteht darin, dass der zugrunde liegende Effekt von der Feldstärke und nicht von der Spannung abhängig ist. Dabei sind die zur homöotropen Ausrichtung notwendigen Feldstärken umso höher, je niedriger die Ganghöhe der verdrillten Schraubenstruktur der Flüssigkristallmatrix ist. Dies hat zur Folge, dass in der Praxis optisch nicht optimale Ganghöhen verwendet werden müssen, da sonst die zur Ansteuerung der Zellen notwendigen Spannungen zu hoch würden. Zudem treten bei Verwendung von Matrizen mit geringer Ganghöhe unerwünschte optisch streuende Speichereffekte auf.
    Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Flüssigknstallanzeige-Zelle anzugeben, mit der mit oder ohne Verwendung eines Polarisators gute Kontraste erzielbar sind und mit der insbesondere durch elektrische Ansteuerung Farbänderungen hervorgerufen werden können, ohne auf die bekannten Vorteile von Flüssigkristallzellen verzichten zu müssen.
    Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine Anzeige Zelle der eingangs genannten Art die sich dadurch auszeichnet, dass durch die Einlagerung von mindestens einem Farbstoff, mindestens zwei Absorptionsmaxima bei verschiedenen Wellenlängen im sichtbaren Bereich vorhanden sind, wovon mindestens eines durch die bevorzugte Absorption von parallel zur Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht und mindestens ein anderes durch die bevorzugte Absorption von senkrecht zu Moleküllängsachse linear polarisiertem Licht charakterisiert ist.
    Die beiden vorstehend definierten Absorptionsmaxima lassen sich entweder in einem einzigen Farbstoffmolekül verwirklichen oder aber durch Einlagerung zweier verschiedener Farbstoffe, von denen jeder zu einem der speziellen Absorptionsmaxima beiträgt. Selbstverständlich ist es auch möglich mehr als zwei Farbstoffe mit unterschiedlichen Absorptionsmaxima und/ oder Richtungen der Absorption vorzusehen. Die Farbstoffe können auch selbst flüssigkristalline Phasen aufweisen. **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.
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