DE2138946B2 - Modulatorschaltung zum erzielen einer steilen lichtstreuungskurve einer fluessigkristallzelle - Google Patents

Description

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Die F.rfindung betrifft eine Modulatorschaltung Zum I rzielen eintr steilen Lichtstreuungskurve einer Flüssigkristallzelle als Funktion der angelegten Steuerspannung.

In neuerer Zeit kommen immer mehr Meßgeräte in den Handel, bei denen die Meßw rte digital angezeigt werden. Diese Meßgeräte haben ganz allgemein den Vorteil, daß sie die bei der Ablesung nichtdigitaler Werte auftretenden lnierpolationsfehler ausschalten und vom Ablesenden weniger Konzentration erfordern.

Die heute üblicherweise verwendeten Nixie-Ziffernanzeigeröhren habe¹ eine Zündspannung von etwa 140 VuIt, während integrierte Schaltungen mil einer wesentlich niedrigeren Versorgungsspannung betrieben werden, so daß ein Betrieb der Nixie-Ziffernanzcigeröhren mit integrierten Schaltungen nicht möglich ist.

Ziffernanzeigen auf der Basis von Flüssigkristallen sind jedoch mit den integrierten Schaltungen kompatibel.

Eine Flüssigkristallanzeige unterscheidet sich von einer herkömmlichen elektronischen Anzeige — wie sie etwa eine Kathodenstrahlröhre darstellt, oder auch wie sie sich mit Leuchtdioden ergibt - vor allem dadurch, daß kein eigenes Licht ausgesendet, sondern nur auffallendes Licht gestreut wird. Flüssigkeitskristallanzeigen bieten deshalb insbesondere folgende Vorteile:

1. Sie benötigen nur relativ wenig Leistung (weniger als 1 mW/cm² ist im allgemeinen ausreichend),

2. sie können in einem sehr weiten Helligkeitsbereich beobachtet werden, angefangen vom direkten Sonnenlicht bis herab zum Dämmerschein.

3. Flüssigkristallanzeigen besitzen keine mechanisch bewegten Teile, kommen mit relativ geringem Volumen aus und ermöglichen eine großflächige Darstellung und

4. durch ihren geringen Leistungsbedarf sind Flüssigkristallanzeigen außerdem vom Stromnetz unabhängig.

Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung besteht im wesentlichen aus zwei Glasplatten, von denen jede auf ihrer Innenseite mit einer durchsichtigen Elektrodenschicht bedeckt ist. und dem dazwischenliegenden nematischen Flüssigkristall. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an diese Elektroden kann der flüssige 6= Kristall erregt werden. Im feldlosen Zustand ist der flüssige Kristall in dünnen Schichten klar und durchsichtig. Wird jedoch ein elektrisches Feld angelegt, so wird der flüssige Kristall turbulent und streut das Licht Sofern die Elektroden die Gestalt von entsprechenden Segmenten eines bestimmten Codes besitzen, kann d'.Kch geeignete Schaltung (Kombination) der Segmente jedes Zeichen dieses Codes dargestellt werden.

Transmissionsmessungen mit den zur Zeit erhältlichen, in einem günstigen Temperaturbereich liegenden nematische!! Phasen zeigen, daß die Lichtstreuung von 10 μηι dicken Schichten bereits bei 10 V schwach beginnt und fast kontinuierlich bis zu einer gewinn Sättigung bei 50 V steigt. Dieses Verhalten bmvzl Schwierigkeiten in der Ansteuerung von Segnunt- und Matrixanzeigen mit sich. Bei sequentieller Ansteuerung einzelner Segmente oder Matrixpunkie muß

nämlich mit zwei Spannungswerten U₁ == -_Ί und

L. ^ U₀ gearbeitet werden können; bei dem Sp;mnunesvverfc'! darf noch keine Streuung auftreten, bei dem" Spannungswert L₂ sollte die nematische Piuso bereits maximales Streuvermögen besitzen.

Es besteht sugar der Wunsch nach einem möglich-,ι snruiighaf'en L bergang vom durchsichtigen, kl.iua Zustand des Flüssigkristall;» in den lichtstreuerwri. Dieses Ziel konnte jedoch bisher nicht erreicht werJen.

Man verwendete daher bisher an Stelle der oben beschriebenen Anordnung eine Doppelschicht, die „us einer ferroelektrischen Keramikschicht und einer I lu,-sigkristalKchicht besieht. Eine solche Doppelschidu stellt für Wechsel-pannungsimpulse die Hintereinanderschaltung einer nicht linearen und einer lincaien Kapazität dar. Durch geeignete Dimensionierunj: der Kapazitäten beider Schichten läßt es sich erreichen, daü der auf die Flüssigkristallschicht entfallende Sp.:; nungsanteil stark superlinear mit der an d.-r Doppeischieht liegenden Gesamtspannung, etwa in l-urni einer Diodencharakteristik, ansteigt. Durch diese Maßnahme läßt sich die notwendige elektrische Anzeigeschwelle in einer Flüssigkristallmatrix erzielen. Durch die notwendige Kombination des Flüssigkristalls mit dem herroelektrikum wird die g samte Anordnung jedoch verteuert.

Aus der deutschen Offenlegi.ngssehrift 2 03s 7bO ist es bekannt, bei einer Anordnung mit einer Flüssigkristallzelle eine höherirequcnte, mit dem Signal modulierte Wechselspannung /u verwenden.

In der deutschen Offenlegungsschrif: 2 112 961 ist _Ls weiterhin vorgeschlagen worden, bei einer Anordnung mit einer Flüssigkristallzelle der Steuerspannung eine höherfrequente Wechselspannung zu überlagern. In den beiden letzgenannten Fällen geschah dies, um die Zeitkonstanten der Anordnungen zu verkürzen. Über den Einfluß der geschilderten Maßnahmen auf die hier interessierende Steilheit der Lichtstreuungskurve sind dort keine Angaben enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Modulatorai,Ordnung mit einer Flüssigkristallzelle zu schaffen, bei der mit einer geringen prozentualen Spannungsänderung ein Umschlag zwischen durchsichtiger und streuender Phase erzielbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der der Steuerungdienenden Spannung eine höherfrequente Wechselspannung additiv überlagert wird.

Der Erfindungsgegenstand soll nachfolgend in der Zeichnung ari Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 den Verlauf der Streulichtkurven bei Überlagerung der Steuerspannungen mit höherfrequenten Spannungen unterschiedlicher Frequenz.

Bei einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend Fig. I be-

findet sich zwischen den Glasplatten 11, 12, die durch geeignete Distanzierungsinittel 13 im Abstand von etwa 10-20 μηι gehalten werden, ein Flüssigkristall 14 in nematischer Phase aus 1 Mol N-(p-Methoxybenzyliden>p-n-butylanilin C₁₈H₂₁NO und 1 Mol N-(p-Äthoxybenzyliden)-p-n-buiytanilin C₁₉H₂₃NO, der mit Hilfe durchsichtiger Elektroden, beispielsweise aus SnO₂, angesteuert werden kann. Die dazu erforderliche Steuerspannung Ufkz liefert eine Gleichspannungsquelle Π oder eine niederfrequente Wechselspannungsquelle. Der deich- oder niederfrequenten Wechselspannung wird eine höherfrequente Wechselspannung — von beispielsweise mehr als 300 Hz — überlagert. Diese liefert ein Frequenzgenerator 18.

Unter Einwirkung der vom Frequenzgenerator 18 gelieferten höherfrequenten Spannung kommt es beispielsweise — wie die Kurven in Fig. 2 erkennen lassen - zu der erwünschten Versteilerung der Streulichtkurve Ui'h des Flüssigkristalls, und zwar bei Überlagerung der Steuerspannung Ufk<: mit einer höherfrequenten Spannung von 2 KHz und 35 V zu einem praktisch sprunghaften Umschlag von maximr.ler Klarsichtigkeit des Flüssigkristalls zu maximalem Streuverhalten; dabei ist Up,, die Photospannung, die ein genormter Lichtstrahl nach Passieren der Flussigkristallzelle beim Auftreffen auf ein lichtempfindliches

ίο Element erzeugt und Ufkz die an der Flüssigkristallzelle liegende Spannung.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt damit die Vorteile der Ziffernanzeigeröhre - nämlich die exakte Ansteuerbarkeit - mit den Vorteilen der Flüssigknstallanzeige — nämlich fast leistungslose Ansteuerung und Kompatibilität mit integrierten Schaltungen - zu kombinieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Modulatorschaltung zum Erzielen einer steilen Lichtstreuungskurve einer Flüssigkristailzelle al: Funktion der angelegten Steuerspannung, «.' a durch gekennzeichnet, daß der der Steuerspannung dienenden Spannung eine hölierfrequente Wechselspannung additiv überlagert wird. ίο