DE2042180A1 - Anzeigevorrichtung mit einer Fluessig-Kristall-Zelle - Google Patents

Description

RCA 59524

U.S.Ser.No. 852,664

Filing date: August 25,1969

RCA Corporation, Hew York, N.Y., V.St.A. Anzeigevorrichtung mit einer Plüssig-Kristall-Zelle.

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung mit einer Flüssig^Kristall-Zelle, die eine durchsichtige Vorder- und Rückplatte in geringem gegenseitigen Abstand aufweist, welche je einen leitenden Belag auf ihrer Innenseite haben und zwischen welchen steh ein transparentes nematisches Flüssig-Kristall-Material befindet, das beim Hindurchfliessen von elektrischem Strom lichtstreuende Eigenschaften bekommt, ferner mit einer die Aussenfläche der Rückplatte beleuchtenden Lichtquelle*

Anzeigevorrichtungen, welche Lichtstreuungseigenschaften von Flüssig-Kristallen ausnutzen, sind bekannt und beispielsweise im US-Patent 3,322,485 beschrieben. Hierbei wird ein lichtstreuendes Medium wie eine nematische Flüssig-Kristall-Verbindung benutzt, welche die Eigenschaft hat, daß sie entweder in einem Zustand völlig transparent für Licht ist oder in einem anderen Zustand das Licht streut. Zwischen diesen Zuständen ist die Flüssig-Kristall-Verbindung reversibel umschaltbar, indem man einen elektrischen Strom hindurchfliessen läßt.

Eine derartige Anzeigevorrichtung kann ein Paar dünner durchsichtiger Platten aufweisen, zwischen denen das Flüssig-Kristall-Material eingefüllt ist und auf deren Innenseiten Elektroden angebracht sind. Um die Lichtstreuungseigenschaften des Flüssig-Kristall-Materials wirksam ausnutzen zu können, ordnet man die Vorrichtung zwischen einer Beleuchtungsquelle und einem Beobachter an. Auf diese Weise erhält man helle Darstellungen und hohe Kontrastverhältnisse zwischen den einzelnen Bildteilen·

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Hierbei tritt jedoch ein Problem auf: Wenn man nämlich die Vorrichtung unmittelbar zwischen den Beobachter und die Lichtquelle setzt, dann ist die Lichtquelle für den Beobachter sichtbar, wenn sich das Plüssig-Kristall-Material in seinem transparenten Zustand befindet. Das kann jedoch störend sein. Ordnet man dagegen die Lichtquelle ausserhalb der Sichtlinie des Beobachters an, dann ist eine gleichförmige and wirksame Auslemchtung der Vorrichtung schwierig, wenn die Vorrichtung nicht so groß werden soll.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung dieses Nachteils. Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Rückplatte eine Schlitzanordnung mit einer Mehrzahl licht- ' undurchlässiger Lamellen vorgesehen ist, die länge der Aussenfläche der Rückplatte mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zur Begrenzung der Beleuchtung der Rückplatte nur durch¹ das zwischen den Lamellen hindurchtretende Licht gegen die Plattenoberfläche geneigt sind. In besonderer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schlitzanordnung durch einen transparenten PiIm aus Plastikmaterial gebildet werden, in dem die Lamellen durch parallele lichtundurchlässige Schichten gebildet sind, I welche sich durch den PiIm erstrecken. Die !lamellen der Schlitz-« anordnung können dunkle, lichtabsorbierende Oberflächen haben.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der Darstellungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Pig, 1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung mit der schematisch dargestellten elektrischen Beschaltung und

Pig. 2 einen Querschnitt durch die in Pig. 1 gezeigte Anzeigevorrichtung»

Die in Pig. 1 veranschaulichte Anzeigevorrichtung enthält 3e eine durchsichtige gläserne Vor- bzw. Rückplatte 11 bzw.12. Die Innenflächen 13 und H der beiden Platten sind parallel zueinander und haben einen Abstand in der Grossenordnung von 5 bis 30^u. Die Rüokplatte 11 trägt auf ihrer Innenfläche 13

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eine Anordnung von parallel zueinander mit gegenseitigem Abstand verlaufenden leitenden Rückelektrodenstreifen 15a,15b, 15c und 15d. Im veranschaulichten Beispiel sind nur vier Streifen dargestellt, jedoch kann ihre Zahl wesentlich erhöht werden. Die Vorderplatte 11 trägt auf ihrer Innenfläche 14 ebenfalls eine Anordnung von parallel und^mit Abstand zueinander verlaufenden leitenden Frontelektrodenstreifen 16a, 16b, 16c und I6d, die rechtwinklig zur Richtung der leitenden Rückstreifen 15a bis 15d verlaufen. Wiederum sind hier nur vier Streifen dargestellt, es können jedoch erheblich mehr vorgesehensein. Die leitenden Streifen können beispielsweise aus Zinnoxyd bestehen.

Der Raum zwischen der Vorder- und Rückplatte 11 und 12 ist mit einem dünnen Film 17 (Fig. 2) eines Flüssig-Kristall-Mediums gefüllt, welches das Licht moduliert und in einem Zustand praktisch lichtdurchlässig ist und in einem anderen Zustand eine Vorwärtsstreuung des Lichtes bewirkt. Derartige Betriebszustande finden sich bei verschiedenen Flüssig-Kristallen, und Mittel zum Hin- und Hergehalten zwischen diesen Zuständen sind ebenfalls bekannt, beispielsweise aus der US-Patentschrift 3,322,485.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht der lichtmodulierende Film 17 aus einer nemati3chen Flüssig-Kristall-Verbindung, welche beim -Hindurch.tr et en von elektrischem Strom eine Turbulenzbewegung zeigt, beispielsweise der Flüssig-Kristall-Anisliden-p-Aminophenylacetat mit einem Überschuß an beweglichen Ionen. Durch nichtdargestellte Abstandshalter zwischen den Platten 11 und 12 und mit ihnen verklebt wird der Abstand der Platten festgelegt und das Flüssigkristall- Material zwischen ihnen gehalten.

Die Vorrichtung enthält Verbindungsleiter 18a bis 18d und 19a bis 19d, mit Hilfe deren eine Spannung an die leitenden Rückelektroden 15a bis 15d bzw· die leitenden Vorderelektroden 16a bis 16d gelegt wird·

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Fig. 1 veranschaulicht weiterhin in schematischer Form eine elektrische Beschaltung für den Betriet) der Vorrichtung 10. Hierbei ist ein Rückstreifenumschalter 31 vorgesehen} dessen Umschaltkontakt an einen Pol einer Spannungsquelle 30 und an Masse 32 gelegt ist. Mehrere feste Kontakte des Schalters 31 sind mit den Rückstreifenleitern 18a bis 18d über die Verbindungsleitungen 33a bis 33d verbunden. Ferner ist ein Vorderstreifenschalter 35 vorgesehen, dessen feste Kontakte über die Verbindungsleitungen 36a bis 36b mit den Leitungen 19a feis 1Sd verbunden sind und dessen Umschaltkontakt an den anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist*

Die Anzeigevorrichtung 10 arbeitet in folgender Weise. Der Flüssig-Kristall-Fiim 17 ist normalerweise lichtdurchlässig« Wird jedoch ein elektrisches Feld ausreichender Grosse an den Film angelegt, dann tritt eine Änderung seines transparenten Zustandes in seinen das Licht in Vorwärtsrichtung streuenden Zustand ein» Wenn also bei dieser Vorrichtung eine genügend hohe Spannung zwischen einen Rückelektrodenstreifen und einen Frontelektrodenstreifen gelegt wird, beispielsweise über die Leitungen 18a und 19d zwischen die Elektrodenstreifen 15a und 16d, dann fließt ein elektrischer Strom unmittelbar zwischen den angeregten Elektrodenstreifen durch den Film 17· Die angelegte Spannung und der fiiessende Strom verursachen eine Turbulenz in diesem Volumenbereich des Films und bringen ihn in einen liohtstreuenden Zustand, d.h. das Auffallende wird in Durchlaßrichtung gestreut. Die zum Eintreten dieses Effektes erforderliche Schwellspannung liegt üblicherweise im Bereich von 5 bis 10 kV pro Lern Filmdicke· Die angelegte Spannung kann, beispielsweise eine Wechselspannung, eine Gleichspannung oder eine pulsierende Gleichspannung sein. Wenn der Reihe nach mehr als ein Elektrodenetreifen jedes Streifensatzes angeregt wird, dann tritt in mehreren vorbestimmten Bereichen eine Lichtstreuung ein.

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Die Vorrichtung 10 kann mit einer grösseren Anzahl von dicht benachbarten Elektrodenstreifen auf jeder Platte versehen sein» beispielsweise können die Elektrodehstreifen eine Breite von 25/1000 mm haben und einen gegenseitigen Abstand von der Hälfte dieses Wertes haben, so daß eine grosse Auflösung erreicht wird. Auch der Bruchteil des gestreuten lichtes und damit die jeweilige Helligkeit jedes Elementes läßt sich in praktisch linearem Zusammenhang mit der angelegten Spannung oberhalb des Schwellwertes verändern_f so daß die Darstellung eines Graukeiles möglich ist. Die leitenden Streifen können nacheinander zyklisch angeregt werden, und die angelegte Spannung kann nach irgendeinem Schema moduliert werden, so daß sich verschiedene Arten von Informationen optisch darstellen lassen. Alternativ läßt sich auch ein stehendes Bild darstellen, wenn man gleichzeitig mehrere ausgewählte Elektrodenstreifen anregt.

Entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist auf der Aussenflache 42 der Hückplatte 11 eine Schlitzanordnung 40 vorgesehen, wie die Figuren 1 und 2 erkennetiuassen. Die Anordnung 40 besteht aus einer Mehrzahl von Lamellen 46, die im allgemeinen, jedoch nicht notwendigerweise, parallel zueinander verlaufen und von der Rückplatte 11 nach aussen wegragen· Die Lamellen können durch geeignete Mittel entweder an der Rückplatte 11 selbst oder unmittelbar bei ihr befestigt sein·

Die Schlitzanordnung 40 enthält einen film 44 aus transparentem Plastikmaterial, in welohee mit gegenseitigem Abstand eine Mehrzahl paralleler lichtundurchlässiger Lamellen oder Schichten 46 eingebettet ist, die sich von der Vorderseite bis zur Rückseite des Filmes 44 erstrecken und parallel zur Oberfläche 42 der PIftte 11 (in Fig. 2 in die Papierebene hinein) eretreoken. Die Schichten 46 können kleine Abmessungen haben. Beispielsweise kann dl« Dicke dee Films 1 mm betragen, der Abstand zwischen den Schichten 46 kann ebenfalls 1 mm betragen, und die Dicke der Sohlenten kann jeweils 5/10U mm

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betragen. Die Schichten 46 können in irgendeinem geeigneten Winkel, beispielsweise 45° gegenüber der Ebene der 0ber±'läche42 der Platte 11 angeordnet sein»

Hinter dieser Seile ist eine Lichtquelle 1S₁ beispielsweise eine Leuchtstoff röhre ^, angeordnet, welche die Vorrichtung 10 durch deren Rückseite beleuchtet, aber wegen der Schutzanordnung 40 nur diejenigen Lichtstrahlen zwischen den einzelnen Lamellen zur Vorrichtung gelangen läßt, welche praktisch parallel zu den Lamellen 46 verlaufen.

Ein Beobachter54 sieht die Vorrichtung zwischen den Strahlenrichtungen 56» von denen keine parallel zu den Lamellen 46 verläuft. Die Lichtquelle 5U ißt somit für den ι Beobachter unsichtbar. j

Es gibt viele Anordnungsmögliohkeiten für die Schlitzen-! Ordnung 40 (einschließlich Variationen der Dicke des Films 40 und des Winkels und der Abstände der Lamellen 46), der , Lichtquelle 50 und der Betrachtungsrichtungen 56, reiche [ eine Beleuchtung der Vorrichtung erlauben und gleichzeitig eine Abschirmung der Lichtquelle gegen den Betrachter bewirken. Im allgemeinen läßt sich jedoch eine befriedigende Darstellung von gleichförmigem Aussehen erhalten, wenn die Lamellen 46 der Schlitzanordnung vom Beobachter aus gesehen sich überlappen, so daß ein Durchlaufen unsichtbarer Hintergrund besteht. Dies tritt ein, wenn der Winkel A (Fig. 2) der zwischen einer der Blickrichtungen 56 und der Ebene einer Lamelle 46 gebildet wird, grosser als der Winkel B ist, welcher zwischen der Ebene einer Lamelle 46 und einer die Vorder- und Rückkanten benachbarter Lamellen berührenden Linie gebildet wird.

Zusätzlich sind die Lamellen 46 vorzugsweise lichtabsorbieren&i von mattschwaraer farbe,, so daß von ihnen nur wenig Licht reflektiert wird und die Lamellen praktisch nichtleuchtend sind. Wenn Bereiche des lichtmodulierenden

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Filme 17 nicht angeregt sind, dann sind sie praktisch durchlässig und die Schlitzanordnung 40 ist für den Betrachter sichtbar. Ua die Lamellen 46 vorzugsweise nicht reflektieren und schwarz sind, erreiaht kein licht von der lichtquelle 50 den Betrachter, so daß die nichtegeregten Bereiche schwarz erscheinen.

Wenn verschiedene Bereiche des Filmes 17 durch Anlegen einer geeigneten Spannung in ihren Lichtstreuungszustand umgeschaltet werden, dann wird das auf diese Bereiche durch die Schlitzanordnung 40 auftreffende licht gestreut, und ein Teil des lichtes gelangt zum Betrachter. Die lichtstreuenden Bereiche erscheinen damit hell oder milchig weiß im Vergleich zum schwarzen Untergrund, der durch die transparenten Bereiche des Filmes hindurch sichtbar ist.

Ein Vorteil der hier beschriebenen Anzeigevorrichtung liegt in ihrem ausgezeichneten lichtkontrast, der praktisch unabhängig von der Helligkeit der Umgebungsbeleuchtung ist und zwischen den im lichtstreuungszustand bzw« im Transparentzustand befindlichen Flächen zu erhalten ist. Dies geht auf die lichtabsorbierenden lamellen zurück, die unabhängig von der Menge des aus der Umgebungsbeleuchtung auf sie auffallenden lichtes praktisch gleiohmässig schwarz erscheinen, wenn sie der Betrachter sieht·

Sin weiterer Vorteil besteht darin, daß die Schlitzanordnung 40 die direkte Sicht auf die lichtquelle unterbindet, so daß diese unmittelbar hinter der Vorrichtung 10 in raumsparender Weise angeordnet werden kann.

Obgleich die in den Figuren 1 und 2 dargestellte spezielle Ausführungsform der Erfindung einen lamellenförmigen Schlitzaufbau veranschaulicht, lassen sich auch andere Strukturen verwenden, die ein Richten dee lichtes bewirken. Beispielsweise kann anstelle der lamellen 46 eine Röhrchenanordnung verwendet werden, deren Röhrchenkanäle schwarze, lichtabsorbierende Oberflächen haben. Die Achsen sämtlicher Röhren können parallel zueinander unter einem geeigneten Winkel A zwischen

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den Oberflächen 42 und 44 verlaufen» Der Querschnitt der Röhrchen kann von irgendeiner Form sein, beispielsweise rund, quadratisch, sechseckig usw». Für die Lientröhrchen kann ipgendein geeignetes Material verwendet werden.

In Fig. 2 ist die Lichtquelle JO nur schematisch dargestellt; sie kann so angeordnet werden, daß Licht zwischen sämtlichen Lamellen 46 hindurchtritt»

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Claims (3)

1. .9-

   Patentansprüche.

   ( 1J Anzeigevorrichtung mit einer Flüssig-Kristall-Zelle, die eine durchsichtige Vorder- und Riiokplatte in geringem gegenseitigen Abstand aufweist, welche je einen leitenden Belag auf ihrer Innenseite haben und zwischen welchen sich ein transparentes nematisches Flüssig-Kristall-Medium befindet, das beim Hindurchfliessen von elektrischem Strom lichtstreuende Eigenschaften bekommt, ferner mit einer die Aussenflache der Rückplatte beleuchtenden Lichtquelle, dadurch gekennzeichnet, daß an der Riickplatte (11) eine Schlitzanordnung (40) mit einer Mehrzahl lichtundurchlässiger Lamellen (46) vorgesehen ist, die längs der Aussenfläche der Rückplatte mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind und zur Begrenzung der Beleuchtung der Rückplatte nur durch das zwischen den Lamellen hindurchtretende Licht gegen die Plattenoberfläche geneigt sind.
2. 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzanordnung

   (40) einen dünnen Film (44) aus transparentem Plastikmaterial enthält, und daß die Lamellen durch sich über den Film erstreckende, parallele, ldchtundurchlässige Schichten gebildet sind.
3. 3. Anaeigevorrichtung nach Anspruch1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (46) schwarze, lichtabeorbierende Oberflächen haben.

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