DD217061A5

DD217061A5 - Fluessigkristallanzeige

Info

Publication number: DD217061A5
Application number: DD83252468A
Authority: DD
Inventors: Colin M Waters; Edward P Raynes
Original assignee: Colin M Waters; Edward P Raynes
Priority date: 1982-06-29
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1985-01-02
Also published as: JP2000002894A; EP0098070B1; JPH06317781A; KR840005219A; JPH06317780A; IN159479B; JPH06342142A; KR100372193B1; SG58787G; EP0098070A3; CS484883A2; PH18495A; HK90787A; GB2123163A; ATE34468T1; IL69071A0; MY8700691A; CA1201795A; JPS5928130A; AU1594783A

Abstract

EINE FLUESSIGKRISTALLANZEIGE UMFASST EINE SCHICHT BZW. LAGE VON CHOLESTERINISCHEM FLUESSIGKKRISTALLMATERIAL GROSSER ORDNUNGSLAENGE MIT EINEM PLEOCHROITISCHEN FARBSTOFF. DIE LAGE IST ZWISCHEN ZWEI ZELLENWANDFLAECHEN ENTHALTEN, DIE SO VORBEHANDELT SIND, DASS DIE FLUESSIGKRISTALLMOLEKUELE IN EINER GENEIGTEN HOMOGENEN STRUKTUR AUSGERICHTET SIND. DIE OBERFLAECHENAUSRICHTUNG UND DIE NATUERLICHE ORDNUNGSLAENGE DES CHOLESTERINISCHEN MATERIAL SIND SO AUFEINANDER ABGESTIMMT, DASS EINE FORTSCHREITENDE MOLEKULARE VERDRILLUNG ZWISCHEN PI UND 2 PI, BEVORZUGT CA. 3 PI/2, MIT GLEICHMAESSIGER NEIGUNGSRICHTUNG ERHATLEN WIRD. DAS VERHAELTNIS DER NATUERLICHEN ORDNUNGSLAENGE P ZUR DICKE D DER FLUESSIGKRISTALLSCHICHT IST ZWISCHEN 0,5 UND 1,0 GEWAEHLT, WOBEI D KLEINER ALS 20 UM IST. ES KANN EINE OBERFLAECHENAUSRICHTUNG GERINGER NEIGUNG UND EINE SOLCHE STARKER NEIGUNG ENTWEDER EINZELN ODER IN KOMBINATION ANGEWANDT WERDEN. POLARISATOREN KOENNEN EINGESETZT WERDEN, UM DEN KONTRAST ZWISCHEN DEM EINSCHALT- UND DEM AUSSCHALTZUSTAND ZU VERSTAERKEN. DIE ANZEIGE HAT EINE DEUTLICHE TRANSMISSIONS/SPANNUNGS-CHARAKTERISTIK, SO DASS SIE IN GROSSEN MULTIPLEXADRESSIERBAREN MATRIXANZEIGEN VERWENDBAR IST.

Description

Flüssigkristallanzeige

Anwendungsgebiet der Erfindung .·.'

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige. Solche Anzeigen umfassen typischerweise eine dünne Schicht bzw. Lage eines Flüssigkristallmaterials zwischen zwei Glasplatten. Auf die Glasplatten aufgebrachte Elektrodenstrukturen ermöglichen das Anlegen eines elektrischen Feldes an die Schicht, wodurch eine Neuordnung der Flüssigkristallmoleküle in einen Einschaltzustand erfolgt. Wenn das elektrische Feld.entfernt wird, erfolgt eine Relaxation der Moleküle zurück in ihren Ausschaltzustand.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind drei Arten von Flüssigkristallmaterialien bekannt, und zwar nematische, cholesterinische und smektische Flüssigkristalle, die jeweils verschiedene molekulare Ordnungen haben.

Die vorliegende Erfindung verwendet ein cholesterinisches Gemisch langer Ordnungslänge, bei dem die Moleküle von sich aus eine schraubenförmige Struktur bilden, wobei die Schraubenachsen senkrecht zur Schichtebene verlaufen. Das cholesterinische Gemisch langer Ordnungslänge wird erhalten, indem typischerweise e'inige Prozent eines cholesteri-

nischen Flüssigkristallmaterials mit einem nematischen . Flüssigkristall vermischt werden. Die Ordnungslänge des cholesterinischen Gemischs kann durch Einstellen der Konzentration des cholesterinischen Flüssigkristallmaterials kontrolliert werden.

.Eine bekannte Anzeige¹ ist die verdrillte nematische Anzeige, die eine dünne Schicht eines nematischen,Materials zwischen Glasplatten verwendet. Die Glasplatten werden in eine Richtung gerieben und mit zueinander orthogonalen Reibrichtungen zusammengefügt'. Durch das Reiben erhalten die Flüssigkristallmoleküle eine Oberflächenausrichtung', die in einer fortschreitenden 90°-Verdrillung .durch die Schicht resultiert. Bei Anordnung zwischen Polarisatoren, deren optische Achsen senkrecht oder parallel zu einer Reibrichtung .verlaufen, verdreht die Anzeige die Ebene des polarisierten Lichts in ihrem Ausschaltzustand und läßt Licht ohne Verdrehung im Einschaltzustand durch. Dem' nematischen Material wurden bereits geringe Mengen von cholest'erinischem Material.zugesetzt, um sicherzustellen, daß die 90°-Verdrillung ,über die gesamte Fläche der Anzeige in gleicher Richtung verläuft (vgl. die GB-PS'en 472 247 und 1 478 592}. "

Eine bekannte Vorrichtung, die cholesterinisches Material kurzer Ordnungslänge verwendet, ist der Phasenumformer. Im Ausschaltzustand, wenn keine Spannung anliegt, wirkt das Material lichtstreuend. Im^JVergleich zur Schichtdicke ist die cholesterinische Ordnungslähge sehr klein. Wenn an die Schicht eine über einem Schwellenwert liegende Spannung angelegt wird, verdrehen sich die Moleküle aus ih'rer.

Schraubenstruktur und liegen parallel zu dem angelegten Feld. Dies ist ähnlich dem Einschaltzustand eines positiven nematischen Materials, und Licht wird durchgelassen. Wenn die Spannung nicht mehr angelegt wird, entspannt sich das Material wieder .in seinen lichtstreuenden Ausschaltzustand. Bei dieser Art von Anzeige ist keine Ausrichtung der Zellenwandoberflache· erforderlich. Ein Vorteil dieser Anzeige ist die schnelle Ausschaltzeit gegenüber der verdrillten nematischen Anzeige sowie der große Betrachtungswinkel. . .

Eine andere Zelle verwendet ein cholesterinisches Material, dessen Ordnungslänge der Schichtdicke entspricht. Bei homogenen Randbedingungen wird ein Planzustand induziert mit einer 27Γ-Verdrehung des Direktors durch die Schicht.^: Wenn ein pleochroitischer Farbstoff eingebaut ist, findet im Ausschaitzustand Lichtabsorption statt. Bei Anlegen einer Spannung werden die Flüssigkristall-.und die Farbstoffmoleküle reorientiert, und es wird im Einschaltzustand eine höhere Lichtdurchlässigkeit erhalten. Wenn die Spannung gerade über den Schwellenwert,ansteigt, wird eine Streustruktur gebildet, die nach einem weiteren erheblichen Spannung-sanstieg in den Einschaltzustand übergeht. Wenn die / Spannung verringert wird, erfolgt eine sehr schnelle Verringerung der Lichtdurchlässigkeit bei der Schwellenspannung. Somit weist die Anzeige immer eine erhebliche Hysterese auf, die unabhängig von der Steigerungsrate der Spannung vorhanden ist. Diese Hysterese beschränkt die Multiplex-Adressierbarkeit der Anzeige. (Die Anzeige ist in Ι.Ε.Ξ.Ε. Trans, on Electron. Devices, Bd. ED 28, Nr. 6, Juni 1981, S. 719-823 beschrieben.)

- '7

Es wurde nunmehr gefunden, daß bestimmte cholesterinische' Flüssigkristallzellen,, die einen pleochroitischen Farbstoff enthalten und eine Verdrillung von ca. 37Γ/2 haben, eine deutliche Transmissions/Spannungs-Charakteristik bei sehr schnell steigenden, Spannungen ohne Hysterese aufweisen..' Bei einem langsamen 'Spannungsanstieg kann sich immer noch eine gewisse Hysterese einstellen.

Darlegung des Wesens,der Erfindung

Die Flüssigkristallanzeige nach der Erfindung, mit einer Schicht eines cholesterinischen Flüssigkristallmaterials großer Ordnungslänge und positiver dielektrischer Anisotropie, enthaltend einen pleochrOitischen Farbstoff, zwischen zwei Elektrodenstrukturen tragenden Zellenwandungen, die> so oberflächenbehandelt sind, daß Flüssigkristallmoleküle in einer geneigten homogenen Struktur ausgerichtet sind, ist dadurch gekennzeichnet,. daß. die Oberflächenausrichtung und die natürliche Ordnungslänge (p) des- cholesterinischen Materials so aufeinander abgestimmt'sind, daß eine fortschreitende molekulare Verdrillung von mehr als TT rad und weniger als 27Γ rad durch die Schicht bei gleichmäßiger Neigungsrichtung, erhalten wird, und daß d.as Verhältnis der Schichtdicke^ (d) zur Ordnungslänge (p) zwischen 0,5 und 1,0 liegt, wobei- d kleiner als 20 jjm . ist, so daß die Anzeige direkt zwischen einem lichtdurchlässigen Einschaltzustand und einem·lichtundurchlässigen Ausschaltzustand umschaltbar ist mit scharfer Transmissions/Spannungs-Charakteristik im wesentlichen ohne Hysterese.

Bevorzugt beträgt die Verdrillung ca. 37T/2.-Die Behandlung zur Oberflächenausrichtung resultiert, dabei in einer Molekülverdrillung zwischen 0^Q und 30°.oder mehr, jedoch weniger als 90 (homöotrope Ausrichtung). Eine

Neigung von weniger als ca. 5 , z. B. 2 , wird als geringe Neigung und eine Neigung zwischen ca. 5 und 70° als starke Neigung bezeichnet. Geringe und¹starke Neigung können sowohl einzeln als auch in Kombination eingesetzt werden.

Die Anzeige kann entweder im Transmissions-Modus oder mit einem Reflektor im Reflexions-Modus arbeiten, und zwar mit oder ohne neutrale oder Farb-Polarisatoren. .

Es können zwei oder mehr Zellen in Reihe angeordnet sein. Diese Anordnung kann Farbstoffe unterschiedlicher Farbe in jeder Zelle verwenden, so daß insgesamt drei Farben sichtbar sind. Alternativ können die Farbstoffe gleich sein, so daß eine einzige Farbe mit verstärktem Kontrast zwischen dem Aus- und dem Einschaltzustand erhalten wird. Ferner kann jede Zelle unterschiedliche Absorption aufweisen, so. daß acht Absorptionswerte oder eine Graustufung erhalten werden.

Normalerweise vergrößert sich die Ordnungslänge eines cholesterinischen Flüssigkristalls mit steigender Temperatur. Die Anzeige kann verstärkt werden, indem entweder

(i) ein Flüssigkristallmaterial oder ein Gemisch von Materialien eingesetzt wird, das eine geringe¹ oder keine Temperaturabhängigkeit der Ordnungslänge aufweist, so daß das optimale Verhältnis d/p über einen weiten Temperaturbereich unterhalten wird; oder

(i'i) ein Flüssigkristall gewählt wird, dessen Ordnungslänge mit steigender Temperatur abnimmt, wodurch eine

teilweise oder vollständige Kompensation von Änderungen der Schwellenspannung' mit der Temperatur erfolgt.

Zusätzlich oder stattdessen kann die Flüssigkristalltemperatur erfaßt und können die Adressier-Spannungspegel entsprechend geändert werden. Eine Erfas_sungsmethode' ist z. B. in der GB-PS 2 012 093 B angegeben.

Anhand der Zeichnung'wird die Erfindung, beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: :

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Flüssigkristallanzeige mit Matrix-Multiplexadressierung;.

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Anzeige.nach Fig. ^; ,1, die in einem Transmissions-Modus¹ verwendet

wird;

Fig. 3 einen Fig. 2 entsprechenden.Querschnitt, wobei die Anzeige im Reflexions-Modus arbeitet;

Fig. 4 schematische Ansichten von parallel ausge- · und 5 richteten Zellenwandungen zur Verdeutlichung

der Ausrichtungs-Anpassung;

Fig. 6 ein Diagramm, das die Ausrichtung von aufein- ander abgestimmten Flächen und. cholesterinische Verdr.illungsrichtungen zeigt;

Fig. 7 eine Grafik, die die Transmission gegenüber · der angelegten Spannung bei einer 3"T /2-Anzeige mit einem Polarisator und einem Farbstoff bei Oberflächenausrichtung mit geringer Neigung zeigt;

Fig. 8 eine der Fig. 7 ähnliche Grafik, jedoch' ·' .bei einer Zelle mit. starker Neigung;

Fig. 9 eine Grafik, die Zellenumschaltspannungen gegenüber dem d/p-Verhältnis bei einer Zellenoberflächenausrichtung mit geringer Neigung zeigt; und

Fig. 10 eine Grafik, die Zellenumschaltspannungen

gegenüber dem d/p-Verhältnis bei Zellenoberflächenausrichtung mit starker Neigung zeigt.

Die Anzeige nach den.Fig. 1, 2 umfaßt eine Flüssigkriställzelle 1 ,-,die durch eine zwischen Glasplatten bzw. -wandungen 3, 4 enthaltene Schicht bzw. Lage 2 eines cholesterinischen Flüssigkristallmaterials gebildet ist. Ein Abstandsring 5 hält die Wandungen typischerweise in einem Abstand von 6 μια. Zusätzlich können zahlreiche kurze Glasfasern mit einem Durchmesser von 6.pm in dem Flüssigkristallmateriäl verteilt sein, um einen genauen Abstand der Wandungen sicherzustellen. Streifenförmige Zeilenelektroden 6-6 ,

Im

die z. B. aus SnO„ bestehen, sind auf der einen Wandung 3 ausgebildet/ und gleichartige Spaltenelektroden 7_-7 sind auf der anderen Wandung 4 ausgebildet. Bei m Zeilen- und η Spaltenelektroden ergibt sich dadurch eine m χ η-. Matrix adressierbarer Elemente. Jedes Element wird durch die Wechselwirkung zwischen einer Zeilen- und einer Spaltenelektrode gebildet.

Eine Zeilen-Ansteuerstufe 8 führt jeder Zeilenelektrode 6 Spannung zu. -Ebenso wird, jeder Spaltenelektro.de 7 von einer Spalten-Ansteuerstufe 9 eine Spannung zug'eführt. Eine Steuerlogik 10, die von einer Spannungsversorgung 11 gespeist und von einer Taktstufe 12 getaktet wird, steuert das Anlegen der Spannungen.

- τι- -

Bei Flüssigkristallanzeigen sind die Ein- und Ausschaltzustände sichtbar verschieden. Dies wird ζ. B. zur Anzeige von Ziffern etwa bei Uhren etc. ausgenutzt. ·- ·

Es gibt zwei konventionelle Möglichkeiten für die Multiplexadressierung·von Anzeigen, und zwar einen sogenannten Langsam-Abtastmödüs und einen Schnell- oder Effektiv-Abtastmodus. Bei dem. Langsäm-Abtastmodus wird jedes Element einer Matrix während einer ausreichendden Zeit, um dieses Element einzuschalten, mit einer Spannung adressiert. Dies wird' für jede Matrixzelle wiederholt, und dann wird die gesamte Matrix wiederholt neuadressiert oder aufgefrischt. Bei dem Effektiv-Abtastmodus wird jedes Element, dessen Einschaltzustand benötigt wird, einmal in jedem vollständigen Auffrischungszyklus während einer Periode, die kürzer' als die Ansprechzeit des Flüssigkristallmateri-als ist, mit einem höheren Spannungspegel -adressiert, und während des , übrigen Auffrischungszyklus wird eine niedrigere Spannung angelegt. Diese Spannungen-sind so eingestellt, daß" der/ Effektiv-Pegel während vieler Zyklen ausreichend hoch ist, um die benötigten Elemente im Einschaltzustand zu halten. Anderswo reicht der Effektiv-Pegel nicht aus, um Elemente in den Einschalt'zusta_;nd zu bringen. ' - _

Z. B. wird bei der Schnellabtast-Adressierung eine Zeilen-Wechselspannung V_n nacheinander an jede Zeile angelegt. Während, der Adressierung jeder Zeile werden geeigneten Spaltenelektroden Spaltenspannungen +_Vp zugeführt, wobei die +~Zei-^chen sich auf die Phase des Wechselspannungssignals bei z. B. 1 kHz beziehen. Dies wird für,jede Zeile wiederholt, bis die gesamte Zelle: adressiert ist. Der Vorgang wird für die gesamte Zeile mit einer Bildfrequenz

von typischerweise 50 Hz bei einer Zehnzeilenmatrix wiederholt, während Information anzuzeigen ist. Jedes. Element, dessen Einschaltzustand erforderlich ist, empfängt V_n + Vp während eines Zeitintervalls in jedem vollstän- > digen Addressierzyklus, d. h. einer Zyklusdauer, -und empfängt +.Yp während der übrigen Zeitintervalle. Der Effektivwert von V + v. und η - 1(+V-) ist gleich einem Sollpegel V^. Elemente, deren Einschaltzustand nicht benötigt wird, empfangen V oder V_n-V_n während aller Zeitperioden. Der Effektivwert von V_n , V_n - V_c ist V-, . Die Anzeige wird kollektiv durch im Einschaltzustand befindliche Elemente, an die V„ Volt angelegt sind, auf einem Hintergrund von im Ausschaltzustand befindlichen Elementen, an die V₁ Volt angelegt sind, gebildet. ⁽ . . ' . ·

Alternativ, kann die Anzeige kollektiv durch ausgeschaltete Elemente auf einem Hintergrund von eingeschalteten Elemen-, ten gebildet werden. \

Zur MuItiplexadressierung einer Anzeige mit einer großen Anzahl Zeilen muß die Ein/Aus-Transmissions-Spannungs-Charakteristik sehr,scharf sein, da die ausgeschalteten Elemente der Anzeige auf einer Spannung V- zu halten sind, die nur geringfügig niedriger als dien Einschaltspannung V~ ist. Die Anzahl η von adressierbaren Zeilen (oder der Multiplexpegel) kann in Beziehung zu dem Verhältnis der Spannungen V,, V~ gesetzt werden. Z. B. wird bei dem optimierten Alt-Pleschko-Adressierschema (IEEE Trans. ED Bd. ED 21, 1974, S. 146-155), . '

Jn - 1

durch Verringerung von V - V. der Wert von η erhöht,

> 10 - >3 -'

Heutige Anzeigen, die den Schadt-Helfrich-Effekt Oder verdrillten nematischen Effekt ohne Farbstoffe nutzen, '-können etwa 32mal adressiert werden (n = 32). Farbstoffe, enthaltende Anzeigen waren bisher jedoch, auf etwa η = 3 beschränkt. Wie nachstehend erläutert wird, ergeben sich bei den hier behandelten Flüssigkristallanzeigen scharf ausgeprägte Ein/Aus-Transmissions-Charakteristiken und damit hohe Werte für n.

Die Anzeige von Fig. 1 ist als orthogonale m χ η-Matrix ausgelegt, kann jedoch auch anders ausgelegt sein. Z. B. kann eine Acht-Balken-Ziffer von einer Drei-Zeilen-maldrei-Spalt-en-Matrix.' dargestellt und multiplexadressiert werden. Die Ziffern können durch Addition von Spaltenelektrodeη in Dreiergruppen,zu einer Ziffernzeile erweitert werden.

Bei einer Transmissions-Anzeige nach Fig. .2 ist ein Polarisator 1 3 hinter oder vor der Zelle 1 angeordnet'. Die Polarisationsachse P des Polarisators verläuft parallel zu der Oberflächenausrichtungs-Richtung R an den benachbarten Zellenwandungen. Ein Betrachter 14 betrachtet die Anzeige, die z. B. durch eine Wolframlampe 15 beleuchtet wird.

Fig. 3 ze,igt eine Anzeige, bei der ein Reflektor 16 hinter der Zelle angeordnet.ist. Ein Polarisator 13 ist vor oder hinter der Zelle 1 so angeordnet, daß seine Polarisationsachse P parallel zur Ausrichtungsrichtung R der benachbarten Wandung verläuft. . : .

Nach den Fig. 2,3 sind die Komponenten getrennt. In der Praxis sind sie jedoch miteinander in Kontakt. Z. B. ist

11 - T4 -

der Reflektor 16 ein Aluminiumfilm, der auf die hintere Zellenwandung 4 aufgesprüht oder aufgedampft ist.

Das eingesetzte cholesterinische Material hat eine natürliche schraubenförmige Ordnung in der Schicht 2, wobei die Schraubenachse senkrecht zu den Wandungen 3, 4 verläuft.

Flüssigkristallmoleküle können an der Wandfläche einer Zeile durch Anwendung verschiedener Ausrichtungsverfahren ausgerichtet werden-.· Z. B. wird die Oberfläche mit Polyvinylalkohol beschichtet und mit einem weichen Tuch in eine Richtung gerieben. Dies resultiert in einer Molekülausrichtung längs der Reibrichtung, wobei sich einö Neigung der Moleküle von ca. 2° zur Oberfläche ergibt. Alternativ . kann auf die Wandungen MgF₂ aufgedampft werden (vgl. die: GB-PS'en 1 472 247, 1 478 592, und 1 545 084 sowie die GB-Patentanmeldung 2 007 865 \0 ♦ In-Abhängigkeit vom Aufdampfwinkel und davon, ob das Aufdampfen einzeln oder sequentiell erfolgt, sind die Moleküle ausgerichtet, und der Neigungswinkel kann zwischen Null und 30° oder mehr liegen.

Die Zelle ist so aufgebaut, daß sich eine Verdrillung der Moleküle von 37Γ/2 durch die Schicht ergibt. Somit müssen die beiden Ausrichtungsrichtungen der zusammengebauten

-Zelle zueinander orthogonal sein. Die cholesterinische¹ Ordnungslänge ρ ist so gewählt, daß bei einer Schichtdicke d die Moleküle durch die Schicht um 3ΤΓ/2 verdrillt sind, d. h. d/p = 0,75. Ein solcher Wert für d/p entspricht der

, cholesterinischen Eigenverdrillung zur Oberflächenausrichtungs-Verdrillung. Es wurde gefunden, daß die Werte für- d/p zwischen 0,5 und 1,0 liegen können.

- rs-. -

Wie bereits erwähnt, resultiert die Oberflächenausrichtung durch,Reiben in einer Neigung der Moleküle zur Oberfläche von ca. 2°. Die relative Orientierung der beiden Reibrichtungen muß auf die cholesterinische Eigenverdrehung abgestimmt, sein, die rechts- oder linksdrehend sein kann. ' Die Notwendigkeit dieser Abstimmung wird unter Bezugnahme 'auf die Fig. 4 und 5 erläutert. . '.'

. In Fig. 4 sind die Zellenwandungen. 20, 21 durch Reiben in eine «Richtung bearbeitet und so zusammengefügt, daß die Reibrichtung R beider Wandungen gleich ist. Bei dieser Zelle ist .das Flüssigkrästallmaterial nematisch, und es ist optisch nicht aktiv, d. h. es hat keine verdrillte Struk-¹ tür. Die Flüssigkristallmoleküle 22 sind auseinandergespreizt angeordnet, d. h. sie sind zur Mitte der Schicht geneigt. Wenn eine Spannung angelegt wird, werden die Moleküle verdreht und richten sich senkrecht zu den Wandungen aus. Einige Moleküle drehen im Uhrzeigersinn, andere im Gegenuhrzeigersinn in den Einschaltzustand. Dies ist das im Stand der· Technik angesprochene Problem umgekehrter Spitzen, Es gibt, der Anzeige ein fleckiges Aussehen..

Fig. 5 gleicht Fig. 4, wobei nur die Reibrichtungen zueinander entgegengesetzt verlaufen. Dies resultiert darin, daß sämtliche Flüssigkristallmoleküle in'die gleiche Richtung zu einer Wandung hin geneigt sind, wenn sie sich im Äus-' schaltzustand bef-inden. Wenn eine Spannung angelegt wird, drehen alle Moleküle in die gleiche Richtung,'so daß ein einheitliches Aussehen erreicht wird. . .·

Fig. 6 zeigt, wie die cholesterinische Verdrillung und die Ausrichtungen aufeinander abgestimmt werden. Die linke

- TS- -

Ebene 25 und die rechte Ebene 26 haben Reibrichtungen R-.

bzw. R_. Von links gesehen, dreht R_n im Gegenuhrzeigersinn um 3ΤΓ/2 gegenüber R_L«. Von links nach rechts gehend wird der Direktor im Uhrzeigersinn um 3ΊΤ/2 gedreht. Der Neigungswinkel über die Mitte der Lage ist gleichmäßig. Zwischenebenen sind für eine 7Γ/2- und eine "Tf -Verdrehung angedeutet. Bei/einem cholesterinischen Flüssigkristall, der durch die Schicht im Gegenuhrzeigersinn verdrillt wird,

ι '

wird die Reibrichtung R umgekehrt. Die Orientierung der Reibrichtungen ist kritisch. Wenn die eine .Reibrichtung entgegengesetzt zu derjenigen nach Fig. 6 verläuft, ergibt sich eine erhebliche Verschlechterung der Schärfe der elektrooptischen "Transmissionskurve.

Fig. 7 zeigt den Verlauf der angelegten Spannung gegenüber der Transmission bei- einer 6 jum-Zelle geringer Neigung (z. B. 2 ) mit einer Verdrillung von 3ΊΓ/2 und einem · Farbstoff unter Anwendung eines einzigen Polarisators. Die untere Kurve zeigt Transmissionsänderungen bei langsam ansteigender Spannung, die obere Kurve zeigt··Transmissions-, änderungen bei abnehmender Spannung. Die abnehmende/Spannungskurve wird sowohl bei langsamer als'auch bei schneller Spannungsverminderung erhalten. Eine überraschende Auswirkung besteht darin, daß bei schnellem Anstieg der Spannung von V- auf V~ Entsprechend der Strichlinie die Transmissionsänderung der oberen'Kurve eng folgt. V₁ liegt unter der stellen Rampe der beiden eng beabstandeten.Linien^ und V~ liegt unmittelbar darüber. Die Anzeige von Fig. 1 wird unter Anwendung von Effektiv-Werten für V₁ und V- für Einschalt- bzw. Ausschaltelemente betrieben. ^:

Im Ausschaltzustand wird nur sehr wenig Licht durchgelassen, während im Einschaltzustand praktisch das gesamte.

Licht durchgelassen wird. Bei einem Flüssigkristallmaterial mit angemessen ;hoher Doppelbrechung (ζ. Β.'Δη ^. 0,15) wird, im Ausschaltzustand das polarisierte Licht geleitet. Wenn Licht einer Lichtquelle unter Polarisation längs der Molekülachse des Flüssigkristalls und der Farbstoffmoleküle und normal zu 'dieser Achse in die Schicht eintritt, wird es durch die Schicht sowohl geführt als auch absorbiert. Wenn die Doppelbrechung gering ist (ζ. Β. Δη ^. 0 ,1 5'.) , erfolgt eine geringere Führung' von polarisiertem Licht, und ein größerer Anteil von nichtpolarisiertem Licht kann durch die Farbstoffmoleküle absorbiert werden, so daß die Anzeige ohne Polarisator betrieben werden kann. · .

Wenn sich die Zelle im Einschaltzustand befindet, werden' die Flüssigkristall- und Farbstoffmoleküle zu der zu den Wandungen Normalen reorientiert, wenn das Material eine positive dielektrische Anisotropie (ΔΕ > 0) aufweist. In diesem Zustand absorbiert der Farbstoff wenig Licht.

Bei Materialien mit hoher Doppelbrechung (Δη ^. 0,15) wird, bevorzugt ein einziger Polarisator eingesetzt, um die Absorption im Ausschaltzustand zu erhöhen.' Bei geringer Doppelbrechung (Δη < 0,15) werden bevorzugt keine Polarisatoren eingesetzt, um·.einen helleren Einschaltzustand zu erhalten-. ι

Bei Materialien mit hohör Doppelbrechung und Schichten von 12 pm oder mehr ist ein Polarisationsumschalteffekt (vgl. den um 7Γ72 verdrillten nematischen Flüssigkristall) ohne Farbstoff erzielbar, indem die Zelle zwischen zwei-Polarisatoren verwendet wird. · · .

Fig. 9 zeigt die Auswirkung der. Änderung des Verhältnisses d/p bei einer Zelle geringer Neigung, deren Transmissions-

Charakteristik in Fig. 7 gezeigt ist. Wenn die Schichtdicke d gegenüber der cholesterinischen Ordnungslänge ρ über 0,5 zunimmt, bleibt der Wert von V relativ konstant. Der Wert von V_ steigt jedoch allmählich bis zu d/p ungefähr gleich 0,75 allmählich und dann stark, an. Somit ,liegt bei Zellen mit geringer Neigung der Wert für d/p .bevorzugt im Bereich von 0,5-0,75. Durch die zusätzliche Beanspruchung, die durch die Oberflächen bei Werten von d/p ^ 0,75 bei einer Verdrillung von 37/"/2 induziert wird, wird die -Tendenz der Zelle zur Bildung einer Streustruktur unmittelbar über der Schwellenspannung V₁ verringert.

Zellen mit einer Verdrillung von 3If/2 mit Oberflächenausrichtungen hoher Neigung, z. B. 30°, weisen eine Transmissions-Charakteristik entsprechend Fig. 8 auf. Bei angelegten Spannungen oberhalb von V. ändert sich die Transmission sehr schnell mit geringer Hysterese, und zwar sowohl für langsam als auch für sehr schnell steigende·und abnehmende Spannungen. Für diese Zelle großer Neigung ist die Änderung von V₁ und V₂ bei sich änderndem Verhältnis d/p in.Fig..10 gezeigt. Sowohl V₁'aid auch.V₂ nehmen mit .zunehmendem Wert von d/p stetig zu. Ähnliche Resultate, werden erhalten, wenn die Neigungen an den beiden Zellenwandungen unterschiedlich sind. Z. B. kann die eine Neigung Null oder 2° und die andere 30°- betragen,, wobei die Ausrichtung an die Verdrillungsrichtung wie in Fig. 6 angepaßt ist.

Die angegebene Flüssigkristallanzeige kann als multiplexadressierte Matrixanordnung, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert, oder als Festtext-Anzeige betrieben werden.

Die Anzeige*kann in einem Zweifrequenzmodus betrieben werden, wobei die Zelle/ durch ein NF-Signal f. einge- , schaltet und durch ein HF-Signal f, ausgeschaltet "wird. Das Signal, f₁ ^- f < f, , wobei f die Frequenz ist, bei der die dielektrische Anisotropie des Flüssigkristallmaterials das Vorzeichen ändert, das bei niedrigen Frequen-"zen positiv und bei hohen Frequenzen negativ ist.

Beispiele für geeignete Flüssigkristallmaterialien sind:

Katalog-Nummern E63, E70, E43,CM 15, erhältlich von B.D.H Ltd., Poole, Dorset, England; ' ^:

ferner Diphenyl-Flüssigkristallmaterialien, wie sie in der GB-PS 1 433 130 und der GB-Patentanmeldung 2 031 010 A . -

angegeben sind; . . ' '

ferner ZLI 1132 der Firma E. Merck, Darmstadt. ·

Geeignete Farbstoffe sind Anthrach-inon-Farbs'toffe entsprechend den .GB-Patentanmeldungen 2 011 940 A, 2 082 196 A, 2 081 736 A und 2 093.475 A, erhältlich von I.C.I. Ltd. oder von B.D.H. Chemicals Ltd., unter der Bezeichnung D82, D8_;6. ,' . ...'

Ausführungsbeispiele: .

Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfin-. dung. . ' '

Beispiel /1 . ,

Material E-.63 + 1,5 Gew.-I CB 1 5 + 1 % Farbstoff D82 .

(B.D.H.)

Zellendicke 6 um, geringe Neigungsausrichtung V₂A₁ bei Temperatur· T = 20° =1,165

Höchstanzahl-n von Zeilen, die mit dem Alt-Pleshko-V^rfahren multiplexadressierbar sind: η = 40

- -29 -

Ansprechzeit t ^ 500 ms

ms Kontrasttferhältnis 4:1 ·

Der Betrachtungswinkel ist mit und ohne Polarisator außerordentlich gut.

Beispiel 2 . Dicke der Flüssigkristallzelle 8 pm, geringe Neigungsausrichtung .

Materialien ZLI 1289 ' ,(Merck)

+ ME 33 3= Gew.-% (,Merck)

+CB 15 1 Gew.-% (B.D.H.) + 'D82-Farbstoff 1 Gew.-% (B.D.H.)

^2^1^=20° ^{= 1}'¹⁶⁰

η = 46 ' .; ν

- Beispiel 3 '

Zellendicke 8 jam, geringe'Neigungsausrichtung \ Materialien (B.D.H.) 3/5/7 CB \

+'1 Gew.-% CB 15 + 1 Gew.-% D82-Farbstoff'

(V₂A₁ )_T=20° = 1.125 .

.. . η = 72 / V

Beispiel 4

Zellendicke 8 jüm, geringe Neigungsausrichtung Material (B.D.H.) '50 Gew.-% 3/5/7 CB

+50 Gew.-% 3/5/7 CNPYR

η = 200

Beispiel 5 . '

Zellendicke 8 jum, geringe Neigungsausrichtung an einer Wandung, starke Neigungsausrichtung an der anderen Wandung Material ZLI 1557 ' '· . (Merck) + 0,9 -Gew.-% CB 15 . (B.D.H.) + ,1 Gew.-% D82-Farbstoff (B..D.H.) .

(V₂A₁ ),_T=20o = 1,063 , .:

"n = 268 ^; -

Beispiel 6 , . . . Zellendicke 8 ,um, geringe/starke Neigungsausrichtung Material (B.D.H.) E 63 ' ' ^;

, . , + 1,1 Gew.-% CB 15

+ 1 Gew.-% D82-Farbstoff - . /

, ^(V2^/V1 ^);T=20° ^{= 1}'¹⁴¹ ' ^c^ ·

η = 5 8 .

Bei spie/1. 7 , ' ;

Zellendicke 8 μπι, geringe/starke Neigungsausrichtung

Material, (B.D.H. ) 3/5/7. PECH - :

_: . ; ,+1 Gew.-% CB 15> ' '. + 1 Gew.r% D82-Farbstöff

.(V₂Zv₁)^₂₀O =1,134 ' 'Λ

Beispiel 8

Zellendicke 8 μια., starke Neigungsausrichtung Material ZLI 1557 ' ' '' (Merck)

+ 0,9 Gew.-% CB 15 , (B.D.H.) . + 1 Gew.-% D82-Farbstoff (B.D.H.)

η = 590 . . '

Beispiel 9 ..- .

Zellendicke 8 μτα, -starke Neigungsausrichtung

Material ZLI 1289 (Merck)

+ 30 Gew.-% BCO-Ester (B.D.H.)

+ 1,1 Gew.-% CB 15 (B.D.H.)

.+ 1 Gew.-% D82-Farbstoff (B.D.H.) (V₂AV₁^₂₀O;= 1,075 η = 190

Beispiel 10 .

Zellendicke 8 /am, starke Neigungsausrichtung Material (B.D.H.)- E 120

.+ 0,75 Gew.-% CB 15 - > Λ " , +1 Gew.-% D82-Farbstoff . '~ ^v% ^Wt^o^{0 = 1}'⁰⁸

η = 170' ^

Eigenschafts-Tabelle von Flüssigkristall-Materialien

Material ν

11

ZLI · 1289 (Merck) . 2,01 ' 2,28

ZLI 1289 + 30 % ME 33 1,23 1,87

ZLI 1289 +30.% BCO-Ester 1,30 2,0

E 120 1,01, 1 ,09

3/5/7 CB 1,55 2,91

E 63 ' . .1 ,93 3,19

3/5/7 PECH . 2,08 2,7

iO

ME 33 = CJi BCO

Ester = C₃H-Q-COO-(O)-C₅H₁₁ . ' 5ü%

3/5/7 CB =

.309&

, 3/5/7 PECH = C₃H₇-(H)-C₂H₄-(O)-CN 30%

3/5/7 CNPiR =

40%

30 CB 15 =. CH_ CH₂ CHCH₂-(OMC)-CN

Claims

Erfindungsanspruch ,

1·. Flüssigkristallanzeige mit einer Schicht eines .cholesterinischen Flüssigkristallmaterials großer Ordnungslänge und positiver dielektrischer Anisotropie, enthaltend einen pleochroitischen Farbstoff, zwischen zwei Elektrodenstruktureri tragenden'Zellenwandungen, die so oberflächenbehandelt sind, daß Flüssigkristallmoleküle in einer geneigten homogenen Struktur ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenausrichtung und die natürliche Ordnungslänge (p) des cholesterinischen Materials so aufeinander abgestimmt sind, daß eine fortschreitende molekulare Verdrillung von mehr als TTtad und weniger als 2~ rad durch die Schicht bei gleichmäßiger Neigungsrichtung erhalten wird, und daß das Verhältnis der Schichtdicke.(d) zur Ordnungslänge (p) zwischen 0,5 und 1,0 liegt, wobei d kleiner als 20 /am ist, so daß die Anzeige direkt zwischen einem lichtdurchlässigen Einschaltzustand und einem lichtundurchlässigen Ausschaltzustand umschaltbar ist mit scharfer Transmissions/Spannungs-Charakteristik im wesentlichen ohne Hysterese. ,

293-JX/6 26 8/0 8-Schö

2. ,Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

daß, die Molekülverdrillung etwa 3 "7Γ/2 beträgt.

3 . :Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1,

dadurch gekennzeichnet, > .

daß die Oberflächenbehandlung in einer Flüssigkristallinolekülverdrillung von bis zu 5 resultiert, und daß das Verhältnis, d/p zwischen 0,5 und 0,75 liegt.

4. Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1,

dadurch gekennzeichnet, ..

daß die Oberflächenbehandlung in einer Flüssigkristallmölekülverdrillung von 5-70 an wenigstens e.iner Zellenwandung. resultiert. _. . " . .

5. Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1, . ^: dadurch gekennzeichnet,

daß wenigstens ein Polarisator vorgesehen ist. ,

6. Flüssigkristallanzeige nach- Punkt 1,

dadurch gekennzeichnet, ',.,·,

daß ein ,optischer Reflektor hinter der Zelle vorgesehen ist.

7. Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1, , , . dadurch gekennzeichnet, . \ , ' daß sie optisch in Reihe mit wenigstens einer weiteren Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1 angeordnet ist,' wobei in den verschiedenen Zellen Farbstoffe unterschiedli-, eher Farbe vorgesehen sind. , ' .

-13 -

~7 3EP 1Q Λ j-, Λ

- 2X-

8. Flüssigkristallanzeige nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrodenstruktur an einer Zellenwandung in einer ersten Serie von m Einzelelektroden und die Elektrodenstruktur an der anderen Zellenwandung in einer zweiten Serie von η Einzelelektroden''angeordnet ist unter Bildung einer m χ η-Matrix von einzeladressierbaren Elementen.

9. Flüssigkristallanzeige nach Punkt 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und die zweite Serie von Elektroden mit zwei Gruppen von Ansteuerschaltungen verbunden sind, die durch eine Logikschaltung steuerbar sind zum wiederholten Anlegen von Spannungen von einer Spannungsquelle in Multiplexse-' quenz an die Elektroden.

- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen -