DE2148378B2 - Anordnung zur mehrfarbigen Datenanzeige - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur mehrfarbigen Datenanzeige, mit einer Lichtquelle und einer zwischen segmentierten Elektroden und zwischen zwei Polarisatoren angeordneten Flüssigkristallschicht, mit welcher die Polarisation von Licht, welches durch sie hindurchgegangen ist, durch Veränderung der Spannungsverhältnisse an den Elektroden veränderbar ist.

Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aius der DE-OS 19 28 267 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung sind in Reihe hintereinander eine Weißlichtquelle, eine Kollimatorlinse, ein erster Polarisator, eine Flüssigkristallzelle und ein zweiter Polarisator angeordnet Der zweite Polarisator ist gegenüber dem ersten

ι Polarisator um 90" gedreht. Die Flüssigkristallzelle enthält eine Flüssigkristallschicht, die zwischen Elektroden eingebettet ist Wenn bei dieser Anordnung ein durch die Kollimatorlinse gesammeltes und dur^h den ersten Polarisator polarisiertes Strahlenbündel weißen

ι'i Lichts auf die Flüssigkristallschicht auffällt, so wird die Polarisationsebene um einen Betrag gedreht, welcher von der Feldstärke in der Flüssigkristallschicht abhängt Das Maß der Drehung in einem gegebenen Feld ist für jede Wellenlänge verschieden. Wenn das aus dem

η Flüssigkristall austretende Licht durch den zweiten Polarisator geht hängt die Farbe des dahinter austretenden Lichtes von dem angelegten F'eld ab. In einer speziellen Ausführungsform sind die transparenten leitenden Elektroden, zwischen denen die Flüssigkri-

:i> Stallschicht eingebettet ist, in Form von gekreuzten Gittern ausgeführt, also segmentiert

Die bekannte Anordnung läßt sich als Farbfilter oder als farbige Anzeigefiäche verwenden. Dabei lassen sich bei Verwendung von segmentierten Elektroden auch

_>> Farbkontraste herstellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß mit ihr größere Farbkontraste erzeugbar sind.

"ι Die Aufgabe wüsd dadurch gelöst, daß einer der beiden Polarisatoren ein neutraler Polarisator und der andere Polarisator ein selektiver Polarisator ist

Unter einem selektiven Polarisator ist dabei ein Polarisator zu verstehen, der das gesamte Spektrum

.' weißen Lichts bis auf eine bestimmte Spektralfarbe polarisiert. Der neutrale Polarisator polarisiert dagegen das gesamte Spektrum weißen Lichts.

Die als Lösung vorgeschlagene Anordnung bietet den Vorteil, daß gewissermaßen zwei Anordnungen gleichen zeitig in sich vereinigt sind. Für die bestimmte Spektralfarbe gleicht sie einer Anordnung, bei der nur eine Flüssigkristallzelle und ein Polarisator vorhanden sind, während sie für den übrigen Spcktralbereich eine Anordnung mit zwei Polarisatoren und einer Flüssigkri-

)< stallzelle ist. Dadurch sind Freiheitsgrade gewonnen worden, mit denen gegenüber dem Stand der Technik der Farbkontrast erheblich erhöht werden kann. Es können sogar Farbkontraste mit Komplementärfarben erzeugt werden.

~.(i Der selektive und neutrale Polarisator sind vorzugsweise Linear- oder Zirkularpolarisatoren.

Die Flüssigkristallschicht, die sich zwischen den segmentierten Elektroden befindet, besteht vorzugsweise aus einem hochohmigen nematischen Flüssigkristall

'' oder aus einer Mischung eines cholesterinischen mit einem nematischen Stoff.

Zweckmäßig kann es sein, wenn die Flüssigkristallschicht oder mindestens eine der den Flüssigkristall begrenzenden Glasplatten gefärbt ist.

<■" Für die Erzielung von beliebigen Farbkombinationen ist es vorteilhaft, wenn eine farbige Absorptionsfolie in der Anordnung eingebracht ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist so ausgebildet, daß bei Beobachtung in Transmission zur

"< Vergrößerung des Betrachtungswinkels des Austrittslichts im Strahlengang ein streuendes Element angeordnet ist. Vorzugsweise sind dabei die Elektroden der Flüssigkristallschicht die streuenden Elemente.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist zudem so ausgebildet, daß die Anordnung zusätzlich einen diffusen Reflektor aufweist, der an der von der Lichtquelle abgewandten Seite der Flüssigkristallschicht angeordnet isL Dabei ist es wiederum zweckmäßig, wenn der diffuse Reflektor die von der Lichtquelle abgewandte seginentierte Elektrode ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den Figuren dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Anordnung, die in Transmission betrieben wird,

F i g. 2 eine Anordnung, die in Reflexion betrieben wird.

Bei der in F i g. 1 dargestellten schematischen Anordnung bezeichnet 1 unpolarisiertes, weißes, paralleles Liebt, das auf ein selektives Polarisationsfilter 2 auftrifft Dieses selektive Polarisationsfilter hat die Eigenschaft, das gesamte Spektrum des auftreffenden weißen Lichtes 1 bis auf eine bestimmte Spektralfarbe zu polarisieren. Durch geeignete Wahl des Materials für das selektive Polarisationsfilter 2 läßt sich erreichen, daß eine beliebige Spcktralfarbe unpolarisiert durch das Polarisationsfilter hindurch tritt Derartige selektive Polarisationsfilter, die z. B. aus einer Kunststoffolie mit eingebetteten dichroitischen Molekülen bestehen, sind im Handel erhältlich. Diese Filter lassen die rote Spektralfarbe unpolarisiert durch. Mit 4 ist die Flüssigkristallschicht von einigen μπι Dicke bezeichnet, die sich zwischen zwei, mit transparenten Elektroden beschichteten, Glasplatten 10 und 11 befindet Diese Elektroden können beispielsweise aus leitfähigem Zinnoxid bestehen. Durch geeignete Oberflächenbehandlung der Elektroden läßt sich erreichen, daß die Längsachsen der langgestreckten Flüssigkristallmoleküle sich über die ganze Schicht einheitlich spontan senkrecht oder parallel zu den Glasplatten einsteilen. Im ersteren Fall entsteht eine sog. aufgerichtete Schicht, wobei sich die Senkrechtstellung der Moleküle auch nach einer durch ein elektrisches Feld bewirkten Deformierung schnell von selbst wieder einstellt. Entsprechendes gilt für die Orientierung der Moleküle parallel zu den Glasplatten. Mit 3 ist ein neutrales Polarisationsfilter bezeichnet, welches das gesamte Spektrum polarisiert Die beiden Polarisatoren 2 und 3 sind in sperrender Stellung zueinander angeordnet. S ist eine Streuscheibe, die zur Vergrößerung des Beobachtungswinkels dient, wenn eine aufgerichtete Flüssigkristallschicht verwendet wird, und 7 stellt schematisch den Standpunkt des Beobachters dar.

Anstatt eine eigene Streuscheibe zu verwenden, kann ebensogut die Glasplatte U streuend wirken.

Die Streuscheibe 5 kann auch ganz entfallen, wenn die Anordnung so ausgestaltet ist, daß sich die Flüssigkristallmoleküle ohne Feld parallel zu den Glasplatten IC und 11 ausrichten und die Polarisationsrichtung des auftreffenden Lichtes parallel oder senkrecht zu eben dieser Vorzugsrichtung der Flüssigkristallmoleküle gewählt wird. In diesem Fall ist die Anordnung auch bei Beleuchtung mit diffusem Licht voll wirksam, wodurch ein großer Winkelbereich der Beobachtbarkeit bereits gewährleistet ist.

Mit 6 ist das austretende einfarbige Licht bezeichnet, dessen Farbe durch die Selektionseigenschaft des ersten Polarisationsfilters 2 bestimmt ist. 8 ist eine Spannungsquelle.

Liegt an der Flüssigkristallzelle 4 keine Spannung, so sind also die Flüssigkristallmolekiile senkrecht oder parallel zu den Glasplatten 10 und 11 ausgerichtet. Die Flüssigkristailzelle befindet sich zwischen den sperrenden Polarisatoren 2 und 3 und verhält sich für das auftreffende Licht optisch wie eine gewöhnliche isotrope Flüssigkeit ändert also nichts am Polarisationszustand des auffallenden Lichtes.

Das farbige unpolarisierte Licht durchsetzt nun das Polarisationsfilter 3, während alles übrige Licht wegen der sperrenden Stellung der Polarisatoren gesperrt wird. Die Zelle erscheint also für den Beobachter 7 einfarbig. Legt man nun an die Flüssigkristailzelle eine Spannung von der Größenordnung 10 Volt so wird die einheitliche Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle zerstört Werden die auf die Glasplatten 10 und 11 aufgeschichteten Elektroden segmentiert so daß sich einzelne Segmente ansteuern, kann man in beliebiger Kombination variable Zeichen erzeugen. Die durch das elektrische Feld stellenweise uneinheitlich deformierte Flüssigkristallschicht depolarisiert das diese Stellen durchsetzende sichtbare Licht unabhängig von der Wellenlänge, so daß jetzt weißes Licht 9 das Polarisationsfilter 3 passiert, welches ebenfalls an der Streuscheibe 5 divergent gemacht wird. Der Beobachter 7 nimmt also in diesem Fall ein weißes Zeichen auf farbigem: untergrund wahr.

Durch Einfügen eines Farbfilters 12 mit entsprechender Durchlaßkurve in diese Anordnung kann man eine beliebige Kombination eines farbigen Zeichens auf einem andersfarbigen Untergrund erreichen. Durch die spezielle Wahl des selektiven Polarisationsfilters 2 und eines speziellen Farbfilters 12 sind sämtliche Farbkombinationen möglich, zwischen denen dann elektrisch umgeschaltet werden kann. Statt einen Farbfilter zu verwenden, kann auch jedes beliebige Bauteil der Anordnung gefärbt sein, beispielsweise eine Glasplatte oder der Flüssigkristall selbst.

F i g. 2 zeigt schematisch eine in Reflexion betriebene Anordnung. Dabei ist die Flüssigkristailzelle mit einer diffus reflektierenden Schicht 12 versehen. Anstelle einer Schicht 12 kann auch die auf der Glasplatte U aufgeorachte, segmentierte Elektrode das auftreffende Licht diffus reflektieren.

Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise eine parallel orientierte Flüssigkristallschicht 4 verwendet, da in diesem Fall der Winkel, unter dem die Flüssigkristailzelle mit weißem Licht 1 beleuchtet wird, beliebig wählbar ist und insbesondere diffuses Licht zur Beleuchtung verwendet werden kann.

Die Funktionsweise der Anordnung nach F i g. 2 ist dieselbe wie die der Fig. 1. Der Beobachter 7 sieht, solange kein elektrisches Feld an die Flüssigkristailzelle gelpgt wird, lediglich eir.e farbige Fläche, wobei die Farbe Weder durch die selektiven Polarisationseigenschaften des selektiven Polarisators 2 bestimmt wird. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an verschiedene Segmente der Elektroden, die ein Zeichen formen, erscheint dieses Zeichen weiß auf farbigem Untergrund oder, wenn eines der Bauteile entsprechend gefärbt ist, farbig auf andersfarbigem Untergrund.

Die vorgeschlagenen Anordnungen weisen den großen Vorteil auf, daß mit einfachen und billigen Polarisationsfolien Displays mit hohem Farbkontrast realisiert werden können.

Die Spannungsschwelle für die Farbumschaltung liegt bei einer Flüssigkristallschichtdicke von etwa 6 μηι bei etwa 5 Volt. Die Einschaltzeiten sind feldstärkeabhängig und betragen bei einer Spannung von 20 Volt etwa 1 ms. Die Ausschaltzeiten hängen vom verwendeten

Flüssigkristall ab und betragen im Durchschnitt etwa 30 ms. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Einschaltzeiten um den Faktor 5 bis 10 kürzer sind als die Einschaltzeiten bei Anordnungen, die den Effekt der dynamischen Streuung, und zwar bei gleicher Feldstärke, ausnutzen. Um bei Anordnungen, die den Effekt der dynamischen Streuung ausnutzen, gleich kurze Schaltzeiten zu erreichen, sind erheblich größere Spannungen erforderlich.

Als Flüssigkristalle eignen sich sowohl nematische Kristalle, die den Effekt der dynamischen Streuung zeigen, als auch sehr hoch gereinigte nematische Flüssigkristalle, die den Effekt der dynamischen Streuung nicht aufweisen. Nematische Flüssigkristalle der letztgenannten Art haben eine um Größenordnungen geringere Leitfähigkeit als Flüssigkristalle mit dynamischer Streuung, so daß bei ihrer Verwendung mit einer höheren Lebensdauer gerechnet werden kann, da im allgemeinen eine hohe Leitfähigkeit mit geringer Lebensdauer verbunden ist.

Verwendet man als Flüssigkristall eine Mischung eines nematischen mit einem cholesterischen Stoff, so erhält man mit der beschriebenen Anordnung eine zweifarbige Darstellung mit Speichereffekt, bei der also das Zeichen nach Abschalten der Spannung nicht verschwindet, sondern noch eine Zeitlang erhalten . bleibt.

Dieser Speichereffekt beruht darauf, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes aus der planaren Textur eine fokalkonische Textur entsteht, die stark depolarisierend wirkt und nach Abschalten des Feldes über längere Zeit

in erhalten bleibt.

Die vorgeschlagene Anordnung eignet sich fur alle Arten von Flüssigkristalldisplays, beispielsweise als Prozeßrechneranzeige oder als Flüssigkristallbildschirm mit ferroelektrischer Keramikschicht, wie er bereits in ■ unserer älteren Anmeldung (P 30 37 676.5) beschrieben ist.

Werden die Elektroden nicht segmentiert, sondern erstrecken sich über die gesamte Flüssigkristalloberfläche, so lassen sich mit dieser Anordnung auch elektrisch

-·'· umschaltbare Farbfilter realisieren, wobei durch Hintereinanderschalten zweier oder mehrerer Anordnungen beliebige Farbkombinationen erzielt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur mehrfarbigen Datenanzeige, mit einer Lichtquelle und einer zwischen segmentierten Elektroden und zwischen zwei Polarisatoren angeordneten Flüssigkristallschicht, mit welcher die Polarisation von Licht, welches durch sie hindurchgegangen ist, durch Veränderung der Spannungsverhältnisse an den Elektroden veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Polarisatoren ein neutraler Polarisator und der andere Polarisator ein selektiver Polarisator ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selektive und der neutrale Polarisator Linearpolarisatoren sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der selektive und der neutrale Polarisator Zirkularpolarisatoren sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht aus einem hochohmigen nematischen Flüssigkristall besteht

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht aus einer Mischung eines cholesterinischen mit einem nematischen Stoff besteht.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht gefärbt ist

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, duJurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der den PüssigkrMall begrenzenden Glasplatten gefärbt ist.

8. Anordnung nach einem de^r vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine farbige Absorptionsfolie in der Anordnung angebracht ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beobachtung in Transmission zur Vergrößerung des Betrachtungswinkels des Austrittslichts im Strahlengang ein streuendes Element angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden der Flüssigkristallschicht die streuenden Elemente sind.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zusätzlich einen diffusen Reflektor aufweist, der an der von der Lichtquelle abgewandten Seite der Flüssigkristallschicht angeordnet ist.

12. Anordnung nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der diffuse Reflektor die von der Lichtquelle abgewandte segmentierte Elektrode ist.