DE2036665A1

DE2036665A1 - Anzeigeschirm

Info

Publication number: DE2036665A1
Application number: DE19702036665
Authority: DE
Inventors: J Grabmaier; H Kruger; U Wolff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-07-23
Filing date: 1970-07-23
Publication date: 1972-04-20
Also published as: US3730607A; FR2104800A1; BE770412A; CH524862A; FR2104800B1; NL7109996A; LU63581A1; SE373969B; GB1353627A; DE2036665B2; DE2036665C3

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München, den ?.!.-. \ _;, J BERLIN UND MÜNCHEN Witteisbacherplatz 2

^m 7o|?O48

Anzeigeschirin

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anzeigeschirm mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Systemen von parallelen, transparenten Leiterbahnen und einer zwischen denselben angeordneten nematisch flüssigkristallinen Schicht.

Ein Flüssigkristall ist eine organisch chemische Substanz, die im interessierenden Zustand flüssig ist, aber im Gegensatz zu den Flüssigkeiten des täglichen Lebens gewisse Eigenschaften von Kristallen aufweist. Sie ist einer, in manchen Fallen auch mehrerer Zwischenphasen zwischen dem festen kristallinen Zustand einerseits und dem isotrop flüssigen Zustand andererseits fähig (smektische, nematische, cholesterinische Mesophase). Im folgenden soll nur auf die physikalischen Eigenschaften in der nematischen Mesophase kurz eingegangen werden. Nematische Flüssigkeiten haben über größere Bereiche eine ortsabhängige Vorzugsorientierung der Längsachse. Durch Magnetfelder und elektrische Felder von einigen 1000 Volt/cm lassen sich jedoch auch größere Bereiche parallel orientieren, und zwar so, daß sich die optische Achse parallel zur Feldachse stellt. Lügt eine elektrische Spannung an einer dünnen nematischen Schicht, so tritt eine sichtbare Änderung der optischen Eigenschaften der Schicht erst dann ein, wenn die elektrische Feldstärke einen gewissen Schwellwert erreicht hat. Das Überschreiten dieser Feldstärke hat zur Folge, daß der Brechungsindex der nematischen Flüssigkeit starken zeitlichen und örtlichen Schwankungen unterworfen wird. Mit steigender Feldstärke wird die nematische Flüssigkeit in zunehmendeniMaße turbulent und das durch die Schicht hindurchtretende Licht wird in gleichen Maße gestreut, Die durch die Turbuik&nz nematischer Flüssigkeiten ausgelöste Lichtstreuung wird auch als dynamische Lichtstreuung bezeichnet. Bine

VPA 9/712/0044 Fc/The -2-

209817/0307

ORIGINAL INSPECTED

plausible Erklärung der dynamischen Lichtstreuung basiert auf der sog. Schwarmtheorie. Hiernach lagern sich die Moleküle in nematischen Flüssigkeiten zu Schwärmen von ca. 10 Molekülen zusammen. Innerhalb der Schwärme liegen die Moleküle parallel. Ein Schwarm erhält dadurch ein permanentes Dipolmoment. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die nematische Flüssigkeit orientieren sich die Schwärme mit ihrem permanenten Dipolmoment in Feldrichtung. Infolge des Winkels, den die Moleküllängsachse und das molekulare Dipolmoment bilden, haben die Moleküllängsachsen ggenüber der Feldrichtung stets eine gewisse Neigung. Wandern nun unter der Wirkung eines elektrischen Feldes Ionen durch eine derartige Molekülan-" Ordnung, dann wird auf die einzelnen Völumenelemente eine Scherkraft ausgeübt, welche die Moleküllängsachsen in Richtung.des Ionenflusses zu drehen versucht. Auf diese Weise kommt es zu einem ständigen Wechselspiel zwischen der Ausrichtung der Dipole unter der Wirkung des elektrischen Feldes und der Ausrichtung der Moleküllängsachsen nach der Wanäerungsrichtung der Ionen. Dieses Wechselspiel verursacht eine dynamische Anisotropie des Brechungsindex und bewirkt dadurch im Endeffekt die dynamische Lichtstreuung.

Aufgrund dieser Eigenschaften der flüssigen Kristalle kann eine Schicht eines Flüssigkristalls als Bildschirm -verwendet werden, wobei durch matrixförmige Elektroden die Flüssigkristallschicht örtlich verschieden in den Streuzustand gesteuert wird. Ein solcher Bildschirm kann, insbesondere &wei auf beiden Seiten der Flüssigkeitsschicht angeordnete Glasplatten umfassen, auf deren Innenseiten je ein System paralleler Leitungsbahnen angeordnet ist, wobei das auf der e±n@n Glaeplattenoberfläche angeordnete Leitungsbahnensystem auf dem auf der anderen Glasplatte angeordneten Leitungsbahnensyetem senkrecht steht. Wird an eine waagrechte und senkrechte Leitungsbahn eine Spannung angelegt, so entsteht aa dem Ireuzuagspunkt eia elektrisches Feld, das sich durch die Flüesigkeitekristallschicht hindurch erstreckt, die an dieser Stelle dadurch ihr

Stroanrerhalten

VPA 9/712/0044 -3-

209817/0307

203666b

ändert. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung "besteht jedoch darin, daß nicht nur an dem ausgewählten Kreuzungspunkt, sondern auch an Kreuzungspunkten eine ähnliche, wenn auch geringere Lichtstreuung erzeugt wird.

Es ist bekannt, diesen Störeffekt dadurch zu beseitigen, daß zwischen der Flüssigkristallschicht und den Leiterbahnen des einen Leiterbahnensystems Dioden angeordnet werden. Der Aufwand beim Aufbau eines solchen Schirms ist jedoch groß, da für jeden Matrixknotenpunkt eine Diode vorgesehen werden muß. Der Aufwand der Herstellung dieser Diodenmatrix ist wesentlich größer als alle übrigen Elemente des Flüssigkristallbildschirms.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine andere Möglichkeit anzugeben, die es gestattet in einer Flüssigkristallmatrix die Änderung der Lichtstreuung der nicht angesteuerten Kreuzungspunkte zu verhindern, ohne hierzu Dioden zu verwenden.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen dem einen leitersystem und der Flüssigkristallschicht eine unterbrochene Schicht aus einem sperrschichtfreien nichtlinearen Widerstandematerial angeordnet ist.

Vorzugsweise besteht die genannte Schicht aus einer Oxydschicht, z.B. einer Aluminium- oder Tantaloxidechicht,

Als vorteilhaft hat sich auch eine Schicht aus Cadmiumselenid erwiesen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren Wirkungeweise sei auf die Figuren und die nun folgende Figurenbeschreibung verwiesen. Hierin zeigt

Fig.1 einen einfachen Bildschirm mit flüssigen Kristallen, Fig.2 ein Ersatzschaltbild eines solchen Bildschirms,

VPA 9/712/0044 -4-

209817/0307

Fig.3 einen Schnitt durch einen Flüssigkristallbildschirm mit einer nichtlineären sperrschichtfreien Widerstandsschicht,

Fig.4 ein Ersatzschaltbild eines solchen Bildschirms, Pig.5 die Strom^Spannungskennlinie des nichtlinearen sperrschichtfreien Widerstandsmaterials.

Fig.1 zeigt schematisch den Aufbau einer einfachen Bildschirmmatrix mit einer Flüssigkristallschicht. Die Flüssigkristallschicht 1 ist hierbei zwischen zwei parallelen Glasplatten 3 und 4 angeordnet, die jeweils mit einem System paralleler elektrisch leitender transparenter Bahnen x1, x2, x3, ,x4 und x5 bzw. y1» y2» y3 und y4» vorzugsweise aus Zinndiaxyd, versehen sind.

Fig.2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Matrix des in Fig.1 dargestellten Aufbaus. Zwischen den leitungsbahnen x1 bis xn und y1 bis yn besiöien sowohl Kapazitäten, die im Ersatzschaltbild in Form konzentrierter Kapazitäten c 11 ... bis c nn dargestellt sind als auch infolge der, wenn auch kleinen, so doch vorhandenen Leitfähigkeit des Flüssigkristalls eine galvanische Kopplung in Form der Kopplungswiderstände r 11 bis r nn. Wird nun z.B. durch Anlegen einer Spannung an die Leiterbahnen x2 und y2 der Kreuzungspunkt dieser beiden Leitungsbahnen angesteuert, so erhalten alle übrigen Kreuzungspunkte der Leitungsbahnen y2 und der Leitungsbahnen x2 etwa die halbe Steuerspannung und zeigen daher ebenfalls, wenn auch schwächer, einen Streueffekt. Wie sich aus der Ersatzschaltung ergibt, tritt bei Ansteuerung der Leitungen x2 und y2 außer an der Kreuzungsstelle zwischen x2 und y2 ein Stromfluß beispielsweise über r 12, c 12, r 11, c 11 und r 21, c 21 auf. Ähnlihe Stromflüsse treten an den übrigen Kreuzungspunkten auf. Berücksichtigt man die durch die Matrix gegebenen Serien- und Parallelschaltungen von Kapazitäten bzw. Widerständen, so erkennt man, daß an den Kreuzungspunkten x2,y1, x2 y3 und x2 y4 ... x2 yn sowie x1 y2, x3 y2, x4 y2, x5 y2 ... xn y2 Spannungen auftreten, die maxi-

VPA 9/712/0044 -5-

209817/0307

mal halb so groß sein können, wie die Steuerspannung zwischen x2 und y2. Der halbe Wert der Steuerspannung wird theoretisch erreicht bei einer unendlich großen Matrix. Er verringert sich bei einer Matrix mit entsprechend geringerer Anzahl an x- und y- Leitungen.

Fig.3 zeigt einen Ausschnitt aus dem Aufbau einer Matrix, wobei erfindungsgemäß zwischen dem einen Leitersystem x1... xn und der Flüssigkristallschicht 1 eine unterbrochene Schicht 2 aus einem sperrschichtfreien Widerstandsmaterial mit nichtlinearer Kennlinie angeordnet ist. In Fig.4 ist die Strom-Spannungs-Kennlinie dieses Widerstandsmaterials dargestellt. Wenden an die Leiterbahnen einer Matrix des in Fig.3 dargestellten Aufbaus nun, wie in Fig. 5 gezeigt, derart Spannungen angelegt, daß an dem ausgewählten Kreuzungspunkt die Steuerspannung U, dagegen an den übrigen Kreuzungspunkten Spannungen in der Höhe von 1/3 U auftreten, so kann infolge der nichtlinearen Charakteristik der nichtlinearen Widerstandselemente r 11 ... r nn eine Ansteuerung anderer Kreuzungspunkte als des ausgewählten vermieden werden. Wie in Fig.5 gezeigt, wird hierzu an die ausgewählte Leiterbahn x2 die Spannung U und an die ausgewählte Leiterbahn y2 die Spannung O angelegt, während an die Leiterbahnen x1, x3 ... xn dioöpannung 1/3 U und die nicht ausgewählten Leiterbahnen y1,y3 ... yn die Spannung 2/3 U angelegt wird. Durch entsprechende Bemessung der Steuerspannung, der Strom-Spannungs-Kennlinie des Widerstandsmaterials und der Ansprechspannung der Flüssigkristallschicht 1 läßt sich erreichen, daß zwar die Steuerspannung U, nicht aber die Steuerspannung 1/3 U zu einer Lichtstreuung führt. Als geeignetes Widerstanfematerial hat sich Aluminiumoxid und Tantaloxid erwiesen.

Sehr zweckmäßig ist auch die Verwendung eines Materials mit einer bistabilen Strom-Spannungs-Kennlinie, wie sie in Pig.6 dargestellt ist. Eine solche Kennlinie weist beispielsweise eine Cadmium-Selenid-Schicht auf.

VPA 9/712/0044 -6-

209817/0307

Iat eine flüssigkristalline Schicht mit einer bistabilen Schicht in Reihe geschaltet, so fließt so lange nur ein geringer Strom bis eine gewisse Schwellspannung am bistabilen Element überschritten wird. Steigt die Spannung am bistabilen Element über einen gewissen Wert entsprechend dem Punkt C in Figur 6, so steigt dessen leitfähigkeit sprungartig, z.B. um drei Zehnerpotenzen und die Flüssigkristallzelle wird angesteuert. Die Erregung der Flüssigkristallschicht bleibt so lange bestehen, bis die Spannung so weit sinkt, daß der Punkt E erreicht wird. Hier sinkt die Leitfähigkeit dann wieder sehr schnell bis auf den Punkt B. Eine mit einer derartigen bi- W stabilen Schicht arbeitende Flüssigkristallmatrix wird zweckmäßigerweise in der Weise betrieben, daß an alle y-Leiterbahnen eine positive Vorspannung, an alle x-Leiterbahnen eine entsprechende negative Vorspannung gelegt wird und die Ansteuerung des gewünschten Kreuzungspunktes in der Weise erfolgt, daß an die ausgewählten Leiterbahnen ein entsprechender Impuls angelegt wird, der die an der ausgewählten Kreuzungsstelle liegende Spannung soweit erhöht, daß sie den Schwellwert entsprechend Punkt C in Fig.6 überschreitet, wodurch die dort befindliche Flüssigkristallschicht in den Zustand der dynamischen Lichtstreuung übergeführt wird. Es sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß durch die Verwendung einer bistabilen Schicht der Aufbau eines Bildspeichers möglich ist.

6 Figuren

6 Patentansprüche

VPA 9/712/0044 -7-

209817/0307

—7—

Patentansprüche

Anzeigeschirm mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden Systemen von parallelen, gegebenenfalls transparenten Leiterbahnen und einer zwischen demselben angeordneten nematisch flüssigkristallinen Schicht, dadurch ge kennzeichnet , daß zwischen dem einen Leitersystem und der Flüssigkristallschicht eine unterbrochene Schicht aus einem sperrschichtfreien, nichtlinearen Widerstandsmaterial angeordnet ist.

2. Anzeigeschirm nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , daß der nichtlineare Widerstand aus einer Oxidschicht besteht.

3. Anzeigeschirm nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Oxidschicht aus Aluminiumoxid besteht.

4. Anzeigeschirm nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Oxidschicht aus Tantaloxid besteht.

5. Anzeigeschirm nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeich net , daß die nichtlineare Widerstandsschicht nur auf die Streifen des einen Leitersystems aufgebracht ist.

6. Anzeigeschirm bzw. Bildspeicherschirm nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e η η ζ e i c h ne t , daß die Schicht aus sperrschichtfreien nichtlinearem Widerstandsmaterial aus einer Cadmium-Selenid-Schicht besteht.

VPA 9/712/0044

209817/0307

Claims

Leerseite