DE19846094B4

DE19846094B4 - Flüssigkristallanzeigezelle mit hohem Reflexionsvermögen

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Publication number: DE19846094B4
Application number: DE19846094A
Authority: DE
Inventors: Anthony Cyril Braishfield Lowe
Original assignee: Lenovo Singapore Pte Ltd
Current assignee: HUAN FUND PTE. L.L.C., US; HUAN FUND PTE. L.L.C., WILMINGTON, US
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2018-10-08
Also published as: JPH11316387A; GB9802287D0; US6055031A; JP3294210B2; GB2334111A; KR100389089B1; KR19990072240A; DE19846094A1

Abstract

Im spannungslosen Zustand weiße Flüssigkristallanzeigezelle mit:
wenigstens zwei Kammern, die durch transparente Membranen voneinander getrennt sind und ein vorderseitiges Zellensubstrat und ein rückseitiges Zellensubstrat aufweisen, wobei eine erste Kammer, die vom vorderseitigen Zellensubstrat und der Membran gebildet wird, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält und eine zweite Kammer, die vom rückseitigen Zellensubstrat und der Membrane gebildet wird, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei das Gemisch in der ersten Kammer bei einer angelegten elektrischen Spannung unterhalb des Schwellwertbereichs, bei dem das Gemisch in der zweiten Kammer umklappt, im wesentlichen vollständig umklappt, wobei das Gemisch in der ersten Kammer ein Gast-Wirt-Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie und homeotroper Ausrichtung ist und das Gemisch in der zweiten Kammer ein Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie und homeotroper Ausrichtung ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeigezelle mit zwei oder mehr Kammern, wobei die Kammern durch dünne Membranen getrennt sind und die Zelle zur Verwendung in Flachbildschirmanzeigen geeignet ist.

Hintergrund der Erfindung

Die Leistungsfähigkeit einer Flachbildschirm-Flüssigkristallanzeige kann schlechter als erforderlich sein, wenn eine Anzeigezelle mit einer einzelnen Kammer verwendet wird. Dies kann sowohl für reflektierende als auch für transmittierende oder von hinten beleuchtete Anzeigen der Fall sein. Im Fall von reflektierenden Anzeigen können entweder das Kontrastverhältnis (CR) oder das Reflexionsvermögen (R) oder beide geringer als erforderlich sein, oder irgendeine andere Eigenschaft, wie die Anzeigebetriebsspannung, kann außerhalb des erforderlichen Bereiches liegen, wie die folgenden Beispiele existierender Techniken zeigen werden.

Beispiel 1. Nematische Gast-Wirts-Anzeige

Eine nematische Gast-Wirts-Anzeige (Heilmeier GH und Zanoni LA, Appl. Phys. Lett., Bd. 13, Seite 91 (1968)) verwendet eine Lösung eines dichroitischen Farbstoffes (Gast) in einem nematischen Flüssigkristall (Wirt). Der nematische Flüssigkristall ist im wesentlichen parallel zu den Anzeigesubstraten ausgerichtet. Die Eigenschaften der dichroitischen Farbstoff(Gast)- Moleküle sind derart gewählt, daß sich selbige parallel zu den Flüssigkristall(Wirts)-Molekülen ausrichten, und derart, daß der Übergangsdipol für die Absorption von sichtbarem Licht, der im wesentlichen parallel zu der geometrischen Achse der Gastfarbstoffmoleküle liegt, daher ebenfalls im wesentlichen parallel zu der Justierungsrichtung der Wirtsflüssigkristallmoleküle liegt.

Die Justierungsrichtung auf dem oberen und dem unteren Substrat kann entweder parallel zueinander oder, für eine optimale Leistungsfähigkeit, orthogonal zueinander verlaufen (Lowe AC, Mol. Cryst. Liq. Cryst., Bd. 66, Seite 295, 1981). Die Anzeige wird durch einen polarisierenden Film hindurch betrachtet, der mit seiner transmittierenden Achse parallel zu der Justierungsrichtung auf dem oberen Substrat orientiert ist. Somit wird die Gast-Wirts-Schicht lediglich mit Licht des Polarisationszustandes beleuchtet, der durch die Gast-Farbstoffmoleküle absorbiert werden kann; die Absorption von Licht ist effizient, und die Anzeige erscheint dunkel. Das typische Reflexionsvermögen im dunklen Zustand beträgt 1,2 %.

Wenn ein elektrisches Feld über die Gast-Wirts(G-H)-Schicht mittels Elektroden auf dem oberen und dem unteren Substrat angelegt wird, werden die Flüssigkristall(Wirts)- und daher auch die Farbstoffmoleküle (Gast) senkrecht zu der Ebene der Anzeige gedreht, wobei in dieser Orientierung wenig Licht von dem Farbstoff absorbiert wird und die Anzeige hell erscheint. Das Re flexionsvermögen liegt jedoch unerwünscht niedrig bei etwa 24 %, bewirkt durch eine Absorption von 50 % durch den Polarisator und eine zusätzliche Absorption durch den Farbstoff.

In derartigen Anzeigen können Kontrastverhältnisse von über 12:1 erzielt werden. Das Lichtzustands-Reflexionsvermögen ist jedoch durch das Vorhandensein des Polarisators, der das Refle xionsvermögen auf ein praktisches Maximum von etwa 24 % reduziert, stark verringert. Die Betriebsspannung einer derartigen Anzeige ist niedrig und liegt bei etwa 4 Volt bei vollem Einschalten.

Beispiel 2. Cholesterische Gast-Wirts-Anzeige

Dies ist eine Weiterentwicklung der nematischen Gast-Wirts-Anzeige von Beispiel 1. Durch Hinzufügen von chiralem Material zu dem Gast-Wirts-Gemisch, um eine Rastermaßlänge von ein paarmal größer als der Wellenlänge von sichtbarem Licht zu erzeugen (White DL und Taylor GN, J. Appl. Phys., Bd. 45, Seite 4718 (1974)), können beide Polarisationen einfallenden Lichtes absorbiert werden, und ein Frontpolarisator ist nicht mehr erforderlich. Dies erhöht das Lichtzustands-Reflexionsvermögen. Dies hat jedoch die Wirkung, daß die Schwellspannung um einen Faktor von 4 bis 5 gegenüber der nematischen G-H von Beispiel 1 erhöht wird. Außerdem wird auch die Spannung, die für ein vollständiges Einschalten des Bauelements erforderlich ist, erhöht, und die Absorption von unpolarisiertem Licht im Feld-aus-Zustand ist weniger effizient als die Absorption von polarisiertem Licht in Beispiel 1, so daß entweder hinsichtlich des Kontrastverhältnisses oder des Reflexionsvermögens ein Kompromiß eingegangen werden muß. In derartigen Anzeigen kann ein Reflexionsvermögen von über 50 % erzielt werden, der Kontrast bei diesem Reflexionsvermögen ist jedoch auf etwa 9:1 begrenzt.

Beispiel 3. Cholesterische Textureffekte

Diese Effekte ziehen Nutzen aus der Tatsache, daß chirale nematische Systeme Licht der Wellenlänge λ reflektieren, wobei λ zu der 360-Grad-Rastermaßlänge P des Flüssigkristalls und dem durchschnittlichen Brechungsindex n_a des Flüssigkristalls über λ = n_aP in Beziehung steht (Crooker et al., US 5 200 845 A; Doane et al., US 5 384 067 A; Doane et al., US 5 437 811 A; West et al., US 5 453 863 A).

Die Flüssigkristallschicht reflektiert jedoch zirkular polarisiertes Licht derart, daß der elektrische Vektor des reflektierten Lichts ein Spiegelbild der chiralen Helix ist; d.h. eine rechtsgewundene Helix reflektiert lediglich rechtshändig zirkular polarisiertes Licht. Nicht polarisiertes Licht kann so angesehen werden, daß es aus zwei entgegengesetzt händigen zirkular polarisierten Komponenten besteht. Somit beträgt die theoretische Grenze des Reflexionsvermögens einer chiralen Schicht 50 %. In der Praxis ist es weniger als das – etwa 40 %. Wenn ein elektrisches Feld über die Flüssigkristallschicht hinweg angelegt wird, werden die Moleküle durch das Feld gedreht, die chirale Struktur wird gebrochen, die Schicht transmittiert Licht, das auf sie fällt, und das einzige Licht, das reflektiert wird, stammt von Streureflektionen an Grenzflächen in der Anzeigenstruktur. Das transmittierte Licht wird mittels einer lichtabsorbierenden Schicht absorbiert, die auf der Rückseite der Anzeige ausgebildet ist. Somit weisen Zellen mit cholesterischen Textureffekten einen erwünscht niedrigen Reflexionsgrad von wenigen Prozent auf, ihr maximales Reflexionsvermögen beträgt jedoch etwa 40 %, was das Kontrastverhältnis auf etwa 5:1 bis 6:1 begrenzt. Außerdem wird der Wellenlängenbereich Δλ des reflektierten Lichts durch die Anisotropie Δn des Brechungsindex des Flüssigkristalls bestimmt. In der Praxis ist Δλ auf etwa 100 nm begrenzt, so daß diese Anzeigen stets farbig sind, was die Realisierung einer achromatischen (schwarz/weiß) Anzeige unmöglich macht.

Beispiel 4. Gestapelte Struktur von zwei oder mehr Zellen

Die Kontrast- und/oder Reflexions-Leistungsfähigkeit von Anzeigen kann durch Verwenden einer gestapelten Struktur von zwei oder mehr Zellen verbessert werden. Weitere Beispiele des Standes der Technik beziehen sich auf die Verwendung von gestapelten Zellen (Halm et al., US 4,637.687 A; Crooker et al., US 5,200,845 A, Uchida et al., SID International Symposium Digest of Technical Papers XI, 41 (1981)). Diese werden durch Stapeln separater Zellen oder durch Herstellen komplexer Zellen gebildet, in denen sich beide Zellen ein zwischenliegendes Substrat teilen, wobei dieses die Rückseite der vorderen Zelle und die Vorderseite der rückwärtigen Zelle bildet.

Die DE 197 11 827 A1 offenbart einen Zellenaufbau, der eine Bildung gestapelter Zellen ermöglicht, in denen das zwischenliegende Substrat so dünn ist, dass nur eine geringe oder keine Parallaxe zwischen den in den zwei oder mehreren Zellen erzeugten Bildern auftritt. Außerdem ist die Dicke des zwischenliegenden Substrates derart, daß der Feldabfall über selbiges hinweg im Vergleich zu jenem über die Flüssigkristallschichten hinweg ausreichend gering (etwa 25 %) ist, so daß die gestapelte Zelle als eine Einzelzelle adressiert werden kann. Dies vereinfacht die Zwischenverbindungen und die Treiberelektronik stark und reduziert deren Kosten. Die Vermeidung der Notwendigkeit für transparente Elektroden auf beiden Oberflächen des zwischenliegenden Substrats verbessert außerdem das Transmissionsvermögen (und das Reflexionsvermögen) des Bauelements.

Aus der US 4,581,608 A ist eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigezelle mit zwei oder drei Kammern bekannt, die durch dünne transparente Membranen getrennt sind, wobei eine erste Kammer, die dem Betrachter näher liegt, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält und eine zweite Kammer, die weiter entfernt vom Betrachter liegt, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei die elektro-optischen Eigenschaften des ersten und zweiten Gemisches derart sind, daß das erste und das zweite Gemisch in einem unterschiedlichen, im wesentlichen nicht überlappenden Bereich von angelegten elektrischen Spannungen umklappen.

Ferner ist aus der EP 0 435 676 A2 eine Mehrfarbenflüssigkristallanzeigezelle bekannt, die zwei Kammern aufweist, wobei die erste Kammer ein Gast-Wirt-Gemisch enthält und die zweite Kammer als zuschaltbare Abdunkelung dient.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Flüssigkristallanzeige bereitzustellen, die ein Kontrastverhältnis ähnlich jenem, das durch Flüssigkristallanzeigen erreichbar ist, die Polarisatoren verwenden, und eine Helligkeit ähnlich jener erzielt, das durch Zellen erreichbar ist, die Polarisatoren verwenden.

Offenbarung der Erfindung

Demgemäß stellt die Erfindung eine Flüssigkristallanzeigezelle bereit, die wenigstens zwei Kammern beinhaltet, die durch dünne transparente Membranen getrennt sind, wobei eine erste Kammer, die dem Betrachter näher liegt, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält und eine zweite Kammer, die weiter entfernt von dem Betrachter ist, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei die elektro-optischen Eigenschaften des ersten und des zweiten Gemisches derart sind, dass das erste und das zweite Gemisch in unterschiedlichen, im wesentlichen nicht überlappenden Bereichen angelegter elektrischer Felder umklappen.

In einer ersten Ausführungsform klappt das Gemisch in der sten Kammer bei einer Spannung unterhalb des Schwellwerts des Gemisches in der zweiten Kammer im wesentlichen vollständig um, die Zelle ist normalerweise weiß, das Gemisch in der ersten Kammer ist ein Gast-Wirts-Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie mit homeotroper Ausrichtung, und das Gemisch in der zweiten Kammer ist ein Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie mit momeotroper Ausrichtung.

In einer zweiten Ausführungsform klappt das zweite Gemisch bei einer Spannung unterhalb des Schwellwerts des ersten Gemisches im wesentlichen vollständig um, die Zelle ist normalerweise dunkel, das Gast-Wirts-Gemisch in der ersten Kammer ist ein Gast-Wirts-Gemisch mit positiver dielektrischer Anisotropie mit homogener Ausrichtung, und das Gemisch in der zweiten Kammer ist ein Gemisch mit positiver dielektrischer Anisotropie mit homogener Ausrichtung.

In der ersten und der zweiten Ausführungsform ist das Substrat bevorzugt reflektierend.

In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet die Zelle wenigstens drei Kammern, wobei eine dritte Kammer von der zweiten Kammer durch eine dünne transparente Membran getrennt ist, am weitesten von dem Betrachter entfernt ist und ein Gast-Wirts-Gemisch enthält, wobei das Gemisch im wesentlichen senkrecht zu dem Gemisch in der ersten Kammer ausgerichtet ist. Das Gast-Wirts-Gemisch in der ersten Kammer ist vorzugsweise im wesentlichen senkrecht zu dem Gast-Wirts-Gemisch in der dritten Kammer ausgerichtet.

In den weiteren Ausführungsformen ist das Substrat vorzugsweise transmittierend.

Die Dicke der Membranen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1 Mikrometer oder weniger.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nunmehr werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen:
1 einen Querschnitt einer Zelle gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 einen Querschnitt der Zelle von 1 zeigt, in der das Gast-Wirts-Gemisch ein negatives nematisches Gemisch und die Zelle reflektierend ist;
3 einen Querschnitt der Zelle von 2 zeigt, in der eine Spannung größer als der Schwellwert für die vordere Kammer angelegt wurde;
4 einen Querschnitt der Zelle von 2 zeigt, in der eine Spannung größer als der Schwellwert für die rückwärtige Kammer angelegt wurde;
5 die Reflexions-Spannungs-Charakteristik der Zelle von 2 zeigt;
6 einen Querschnitt der Zelle von 1 zeigt, in der das Gast-Wirts-Gemisch ein positives nematisches Gemisch ist und die Zelle reflektierend ist;
7 einen Querschnitt der Zelle von 2 zeigt, in der eine Spannung größer als der Schwellwert für die rückwärtige Kammer angelegt wurde;
8 einen Querschnitt der Zelle von 2 zeigt, in der eine Spannung größer als der Schwellwert für die vordere Kammer angelegt wurde; und
9 die Reflexions-Spannungs-Charakteristik der Zelle von 6 zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt einen Querschnitt einer reflektierenden Zelle 100, die ein transparentes vorderes Substrat 102 und ein re flektierendes rückwärtiges Substrat 104 beinhaltet. Eine dünne dielektrische Membran 106 ist zwischen den Substraten 102 und 104 mittels präzise angeordneter Abstandshalter 108, 110 getragen. Es sind zwei Kammern 114, 116 ausgebildet, die mit einem Flüssigkristallmaterial gefüllt sind. Das Substrat 102 ist mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material 118, wie Indium-Zinn-Oxid (ITO), auf seiner Innenseite beschichtet. Das Substrat 104 ist entweder mit einem reflektierenden, elektrisch leitenden Material oder mit einem transparenten, leitfähigen Material 120 beschichtet, das auf ein reflektierendes, isolierendes Material auf seiner Innenseite aufgebracht ist. Das Leitermaterial 120 ist zu einer Vielzahl von Elektroden geätzt, eine für jedes Bildelement, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Das Leitermaterial 118 bildet eine einzelne, gemeinsame Elektrode. Die Oberflächen, die dem Flüssigkristall ausgesetzt sind, werden durch auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren behandelt, um dem Flüssigkristall eine Ausrichtung zu geben. Ein elektrisches Feld kann zwischen den Schichten 118 und 120 mittels einer externen Quelle und eines Schalters angelegt werden. Das Gebiet innerhalb des Kreises 112 ist in den 2 und 6 für eine reflektierende Flüssigkristallzelle mit negativer bzw. positiver dielektrischer Anisotropie vergrößert gezeigt.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung als Flüssigkristallzelle 200 mit negativer dielektrischer Anisotropie. Die Ausrichtung der Gast-Wirts-Schicht ohne angelegtes elektrisches Feld ist in Kammer 214 durch die Linien 202 und in Kammer 216 durch die Linien 204 gezeigt. Die Gast-Wirts-Schichten in beiden Kammern 214, 216 sind im wesentlichen senkrecht zu den Zellensubstraten 102, 104 ausgerichtet, sind jedoch bezüglich der Senkrechten leicht geneigt. In diesem Zustand wird wenig Licht absorbiert. Für eine optimale Leistungsfähigkeit wird die Neigungsebene in der einen Kammer so gesteuert, daß sie sich unter einem definierten Winkel zu jener in der anderen befindet. Die geneigte Ausrichtung gibt die Richtung vor, in der sich die Flüssigkristallmoleküle bei Anlegen eines elektrischen Feldes drehen, und gewährleistet, daß der Flüssigkristall als eine einzelne Domäne und nicht als Satz von zufällig orientierten Domänen umklappt, was bei Fehlen einer Neigung auftreten würde. Das Licht, das durch beide Kammern 214, 216 transmittiert wird, wird von dem rückwärtigen Substrat 104 reflektiert und kehrt durch die zwei Kammern 214, 216 zurück. Im wesentlichen das gesamte Licht, das in die Zelle 200 eintritt, wird reflektiert, wobei eine kleine Menge von jeder der Kammern 214, 216 sowie dem rückwärtigen Substrat 104 absorbiert wird.
Bezugnehmend auf 5 entspricht dieser Zustand einem Niveau an Reflexionsvermögen der Zelle, das links der Linie 508 gezeigt ist, wenn kein Feld angelegt wurde. In 5 ist das elektrische Feld, das über Schichten 118 und 120 hinweg angelegt wird, durch die x-Achse 502 dargestellt, und das Reflexionsvermögen der Zelle ist durch die y-Achse 504 dargestellt. Die Linie 506 zeigt das Reflexionsvermögen, das einem gegebenen angelegten Feld entspricht.
Bezugnehmend auf 3, beginnt sich, wenn ein Feld über die Elektroden 118 und 120 hinweg angelegt wird, die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 214 im wesentlichen parallel zu den Zellensubstraten 102, 104 auszurichten. In diesem Zustand wird Licht, das parallel zu der Gast-Wirts-Schicht polarisiert ist, im wesentlichen absorbiert, und Licht, das senkrecht zu dieser Richtung polarisiert ist, wird transmittiert. Die Gast-Wirts-Schicht agiert daher in diesem Zustand als Polarisator. Bezugnehmend auf 5, entspricht dieser Zustand einem Niveau an Reflexionsvermögen der Zelle, das rechts der Linie 510 und links der Linie 512 gezeigt ist, wenn ein Feld angelegt wurde, das ausreicht zu bewirken, daß die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 214 im wesentlichen umklappt, das jedoch nicht ausreicht zu be wirken, daß der Flüssigkristall in Kammer 216 im wesentlichen umklappt. Der Teil der Linie 506 zwischen der Linie 508 und der Linie 510 entspricht einem angelegten Feld, bei dem die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 214 teilweise umklappt.
Bezugnehmend auf 4, kann die Flüssigkristallschicht in Kammer 216 eine nicht um 90 Grad verdrehte nematische Schicht sein. Die Flüssigkristallschicht in Kammer 216 absorbiert wenig oder kein Licht in den Feld-aus-Zuständen, modifiziert jedoch das Reflexionsvermögen der Zelle durch Ändern des Polarisationszustands von Licht, das durch sie hindurchläuft. Wenn das Feld, das über die Elektroden 118 und 120 hinweg angelegt wird, erhöht wird, beginnt die Flüssigkristallschicht in Kammer 216 umzuklappen. Aufgrund komplexer Interferenzmoden wird Licht, das durch die Schicht in Kammer 216 transmittiert und an der Elektrode 120 reflektiert wird und ein zweites Mal durch die Schicht hindurchläuft, zunehmend in der Ebene polarisiert, in der Licht von der Gast-Wirts-Schicht in Kammer 214 absorbiert wird, und die Anzeige wird zunehmend dunkler, wenn das Feld erhöht wird. Wenn das Feld den Wert übersteigt, der in 5 durch die Linie 514 angezeigt ist, ist die Flüssigkristallschicht in Kammer 216 vollständig umgeklappt, und so wird wenig Licht reflektiert.
Der Effekt der Gast-Wirts-Schicht in Kammer 214 als umklappbarer Polarisator in Verbindung mit dem Flüssigkristall in Kammer 216, der keinen Gastfarbstoff enthält, erhöht im Vergleich zu einer Zelle, in der beide Kammern Gast-Wirts-Gemische enthalten, die Menge an Licht, die indem Lichtzustand transmittiert wird. Es wird jedoch weiterhin ein Dunkelzustand mit geringem Reflexionsvermögen und demzufolge ein hohes Kontrastverhältnis erzielt.
Die Schwellwert- und Umklappbereiche der Gemische in der ersten Kammer und der zweiten Kammer sind von der dielektrischen Anisotropie abhängig. Je größer die dielektrische Anisotropie ist, desto niedriger ist die Umklappspannung. Die Schwellwert- und Umklappbereiche sind außerdem von den Elastizitätskonstanten des Flüssigkristalls abhängig. Die dielektrische Anisotropie und die Elastizitätskonstanten stellen keine ausreichende Trennung der Umklappbereiche bereit. Dies wird mittels eines Polymer-Netzwerks erreicht, das dazu verwendet wird, den nicht umgeklappten Zustand der Schichten zu stabilisieren, was bedeutet, daß die Schwellwert- und Umklappbereiche vergrößert werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Indem außerdem der umgeklappte Zustand der Schichten stabilisiert wird, werden die Schwellwert- und Umklappbereiche vergrößert, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
6 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung als Flüssigkristallzelle 600 mit positiver dielektrischer Anisotropie. Die Ausrichtung der Gast-Wirts-Schicht ohne angelegtes elektrisches Feld ist in Kammer 614 durch die Linien 602 und in Kammer 616 durch die Linien 604 gezeigt. Die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 616 ist parallel zu den Zellensubstraten 102, 104 ausgerichtet. In diesem Zustand wird Licht, das parallel zu der Gast-Wirts-Schicht polarisiert ist, im wesentlichen absorbiert, und Licht, das senkrecht zu dieser Richtung polarisiert ist, wird transmittiert. Die Gast-Wirts-Schicht wirkt daher in diesem Zustand als Polarisator.
Bezugnehmend auf 9 entspricht dieser Zustand einem Niveau an Reflexionsvermögen der Zelle, das links der Linie 912 gezeigt ist, wenn kein Feld angelegt wurde. Die Linie 906 zeigt das Reflexionsvermögen, das einem gegebenen angelegten Feld entspricht.
Bezugnehmend auf 7 beginnt sich, wenn ein Feld über die Elektroden 118 und 120 hinweg angelegt wird, die Flüssigkristallschicht in Kammer 616 im wesentlichen senkrecht zu den Zellensubstraten 102, 104 auszurichten. Bezugnehmend auf 9 entspricht dieser Zustand einem Niveau an Reflexionsvermögen der Zelle, das rechts der Linie 914 und links der Linie 908 gezeigt ist, wenn ein Feld angelegt wurde, das ausreicht zu bewirken, daß die Flüssigkristallschicht in Kammer 616 im wesentlichen umklappt, das jedoch nicht ausreicht zu bewirken, daß die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 614 im wesentlichen umklappt. Der Teil der Linie 906 zwischen der Linie 912 und der Linie 914 entspricht einem angelegten Feld, bei dem die Gast-Wirts-Schicht in Kammer 616 teilweise umklappt.
Bezugnehmend auf 8 beginnt, wenn das Feld, das über die Elektroden 118 und 120 hinweg angelegt ist, erhöht wird, die Gast-Wirts-Flüssigkristallschicht in Kammer 614 umzuklappen. Die Schicht klappt in einen zunehmend helleren Zustand um, wenn das Feld erhöht wird. Wenn das Feld den Wert übersteigt, der in 9 durch die Linie 910 angezeigt ist, ist die Flüssigkristallschicht in Kammer 614 vollständig umgeklappt, und so wird wenig Licht absorbiert.
Das durch beide Kammern 614, 616 transmittierte Licht wird von dem rückwärtigen Substrat 104 reflektiert und kehrt durch die Kammern 614, 616 zurück. Im wesentlichen das gesamte Licht, das in die Zelle 600 eintritt, wird reflektiert, wobei eine kleine Menge in Kammer 614 und von dem rückwärtigen Substrat 104 absorbiert wird.
Der Effekt der Gast-Wirts-Schicht in Kammer 614 als Polarisator in Verbindung mit dem Flüssigkristall in Kammer 616 erhöht die Menge an Licht, die in dem Lichtzustand reflektiert wird, und wirkt somit dahingehend, daß das Reflexionsvermögen im Ver gleich zu einer Zelle verbessert wird, in der beide Kammern eine Gast-Wirts-Schicht enthalten. Ein Dunkelzustand mit geringem Reflexionsvermögen und daher ein zufriedenstellendes Kontrastverhältnis werden jedoch weiterhin erzielt.
Der Vorteil einer Flüssigkristallzelle mit negativer dielektrischer Anisotropie, wie jener von 2, gegenüber einer Flüssigkristallzelle mit positiver dielektrischer Anisotropie, wie jener von 6, besteht darin, daß die negative Zelle normalerweise weiß ist und ein maximales Reflexionsvermögen bei verschwindender angelegter Spannung erzielt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Anzeigezelle mit drei Kammern verwendet. Eine dritte Kammer wird zu den oben beschriebenen Zellen mit zwei Kammern hinzugefügt. Die dritte Kammer ist von der zweiten Kammer durch eine dünne transparente Membran getrennt, ist am weitesten von dem Betrachter entfernt und enthält ein Gast-Wirts-Gemisch. Das Gemisch ist im wesentlichen senkrecht zu dem Gast-Wirts-Gemisch in der ersten Kammer ausgerichtet. In dieser Ausführungsform enthalten die erste und die dritte Kammer Gast-Wirts-Gemische und wirken als Polarisatoren. Die zweite Kammer wirkt auf den Polarisationszustand des Lichts, das es erreicht. Die Gast-Wirts-Gemische können eine homeotrope Ausrichtung aufweisen, oder sie können eine homogene Ausrichtung aufweisen.
Für ein negatives nematisches Gemisch im umgeklappten Zustand sind die Gast-Wirts-Schichten in der ersten Kammer und in der dritten Kammer orthogonal. Für ein positives nematisches Gemisch im nicht umgeklappten Zustand sind die Gast-Wirts-Schichten in der ersten Kammer und in der dritten Kammer orthogonal. In einer Anzeigezelle mit drei Kammern ist das Gemisch in der zweiten Kammer optimalerweise eine um 90 Grad verdrehte nematische Schicht. Die Gemische in der ersten und in der drit ten Kammer klappen im gleichen Bereich des angelegten Feldes um, der sich von dem Bereich unterscheidet, in dem das Gemisch der zweiten Kammer umklappt.
Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung weisen Kontrastverhältnisse auf, die schlechter gegenüber jenen sind, die Polarisatoren verwenden, da die Polarisierungseffizienz einer Gast-Wirts-Schicht geringer als jene eines Schichtpolarisators ist. Für ein gegebenes Kontrastverhältnis ist jedoch das Reflexionsvermögen einer derartigen Anzeige wesentlich höher als jenes einer Anzeige, die einen Polarisator verwendet. In reflektierenden Anzeigen ist die gleichzeitige Erzielung von ausreichendem Kontrast bei hohem Reflexionsvermögen schwierig zu erreichen. Diese Erfindung erreicht jenes Ziel. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Direktbetrachtungs- oder Projektionsanzeigen angewendet werden.

Claims

Im spannungslosen Zustand weiße Flüssigkristallanzeigezelle mit: wenigstens zwei Kammern, die durch transparente Membranen voneinander getrennt sind und ein vorderseitiges Zellensubstrat und ein rückseitiges Zellensubstrat aufweisen, wobei eine erste Kammer, die vom vorderseitigen Zellensubstrat und der Membran gebildet wird, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält und eine zweite Kammer, die vom rückseitigen Zellensubstrat und der Membrane gebildet wird, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei das Gemisch in der ersten Kammer bei einer angelegten elektrischen Spannung unterhalb des Schwellwertbereichs, bei dem das Gemisch in der zweiten Kammer umklappt, im wesentlichen vollständig umklappt, wobei das Gemisch in der ersten Kammer ein Gast-Wirt-Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie und homeotroper Ausrichtung ist und das Gemisch in der zweiten Kammer ein Gemisch mit negativer dielektrischer Anisotropie und homeotroper Ausrichtung ist.
Zelle nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Flüssigkristallgemisch derart ausgerichtet sind, dass die Flüssigkristallmoleküle bezüglich der Zellensubstrate etwas geneigt sind.
Zelle nach Anspruch 2, wobei das rückwärtige Zellensubstrat reflektierend ist.
Im spannungslosen Zustand dunkle Flüssigkristallanzeigezelle mit: wenigstens zwei Kammern, die durch transparente Membranen voneinander getrennt sind und ein vorderseitiges Zellensubstrat und ein rückseitiges Zellensubstrat aufweisen, wobei eine erste Kammer, die vom vorderseitigen Zellensubstrat und der Membran gebildet wird, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält und eine zweite Kammer, die vom rückseitigen Zellensubstrat und der Membran gebildet wird, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei das Gemisch in der zweiten Kammer bei einer angelegten elektrischen Spannung unterhalb des Schwellwertbereichs, bei dem das Gemisch in der ersten Kammer umklappt, im wesentlichen vollständig umklappt, wobei das Gemisch in der ersten Kammer ein Gast-Wirt-Gemisch mit homogener Ausrichtung und positiver dielektrischer Anisotropie und das Gemisch in der zweiten Kammer ein Gemisch mit positiver dielektrischer Anisotropie und homeotroper Ausrichtung ist.
Flüssigkristallanzeigezelle mit: wenigstens drei Kammern, wobei eine erste Kammer, die von einem vorderseitigen Zellensubstrat an einer ersten Membrane gebildet wird, ein erstes Flüssigkristallgemisch enthält, eine zweite Kammer, die von der ersten Membrane und einer zweiten Membrane gebildet wird, ein zweites Flüssigkristallgemisch enthält, wobei die Gemische in der ersten und zweiten Kammer in unterschiedlichen, im wesentlichen nicht überlappenden Schwellwertbereichen von angelegter elektrischer Spannung umklappen, und eine dritte Kammer, die von der zweiten Membrane und einem rückseitigen Zellensubstrat gebildet wird, ein Gast-Wirt-Gemisch enthält, das im wesentlichen senkrecht zu dem Gemisch in der ersten Kammer ausgerichtet ist, wobei das Gast-Wirt-Gemisch in der ersten Kammer und das Gast-Wirt-Gemisch in der dritten Kammer eine homeotrope oder homogene Ausrichtung aufweisen.
Zelle nach Anspruch 5, wobei das Flüssigkristallgemisch in der zweiten Kammer eine um 90 Grad verdrehte nematische Schicht ist.
Zelle nach Anspruch 5 oder 6, wobei das rückseitige Zellensubstrat transmittierend ist.
Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Membranen eine Dicke in der Größenordnung von 1 Mikrometer oder weniger aufweisen.