DE2148378C3 - Anordnung zur mehrfarbigen Datenanzeige - Google Patents
Anordnung zur mehrfarbigen DatenanzeigeInfo
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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 aus 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
Polarisator um 90° gedreht Die Flüssigkristallzelle enthält eine Flüssigkristallschicht, die zwischen Elektroden
eingebettet ist Wenn bei dieser Anordnung ein durch die Kollimatorlinse gesammeltes und durch den
ersten Polarisator polarisiertes Strahlenbündel weißen
ίο 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
Flüssigkristall austretende Licht durch den zweiten Polarisator geht, hängt die Farbe des dahinter
austretenden Lichtes von dem angelegten Feld ab. In einer speziellen Ausführungsform sind die transparenten
leitenden Elektroden, zwischen denen die Flüssigkri-
2Q Stallschicht eingebettet ist, in Form von gekreuzten
Gittern ausgeführt, also segmentiert.
Die bekannte Anordnung läßt sich als Farbfilter oder als farbige Anzeigefläche 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.
jo Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß einer der beiden Polarisatoren ein neutraler Polarisator und der
andere Polarisator ein selektiver Polarisator ist.
Unter einem selektiven Polarisator is.t 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 gleichzeitig
ir 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 Spektralbereich eine
Anordnung mit zwei Polarisatoren und einer Flüssigkristallzelle
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.
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 Lichtqueile abgewandten Seite der Flüssigkristallschicht
angeordnet ist. Dabei ist es wiederum zweckmäßig, wenn der diffuse Reflektor die von der
Lichtquelle abgewandte segmentierte Elektrode ist
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind schematisch in den Figuren dargestellt und werden im folgenden
näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 e: 5ne Anordnung, die in Transmission betrieben
wird,
Fig.2 eine Anordnung, die in Reflexion betrieben
wird.
Bei der in Fig. 1 dargestellten schematischen ,,
Anordnung bezeichnet 1 unpolarisiertes, weißes, paralleles Licht, 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 Jpektralfarbe 2n
zu polarisieren. Durch geeignete Wahl des Materials für
das selektive Polarisationsfilter 2 läßt sich erreichen, daß eine beliebige Spektralfarbe 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 3Q
beschichteten. Glasplatten 10 und 11 befindet. D-ese
Elektroden können beispielsweise aus leitfähigem Zinnoxid bestehen. Durch geeignete Oberflächenbehandlung
der Elektroden läßt sich erreichen, daß die Längsachsen der langgestreckten Flüssigkristallmolekü- y}
Ie sich über die ganze Schicht einheitlich spontan senkrecht oder parallel zu den Glasplatten einstellen. Im
ersteren Fall entsteht eine sog. aufgerichtete Schicht, wobei sich die SenkrechtsteMung 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. 5 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 11 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 10 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 rle· "cobachtbarkeit 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 Flüssigkristailmoleküle senkrecht oder
parallel zu den Glasplatten 10' und 11 ausgerichtet Die Flüssigkristallzelle 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 Flüssigkristallzelle eine Spannung von der Größenordnung 10 Volt, so wird die
einheitliche Ausrichtung der Flüssigkristailmoleküle zerstört Werden die auf die Glasplatten i0 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 Flüssigkristallzelle mit einer
diffus reflektierenden Schicht 12 versehen. Anstelle einer Schicht 12 kann auch die auf der Glasplatte 11
aufgebrachte, 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 Flüssigkristallzelle mit weißem Licht 1 beleuchtet wird,
beliebig wählbar ist und insbesondere diffuses Licht zur Beleuchtung verwendet werden kann.
Die Funktionsweise der Anordnung nach Fig.2 ist
dieselbe wie die der Fig. 1. Der Beobachter 7 sieht, solange kein elektrisches Feld an die Flüssigkristallzelle
gelegt wird, lediglich eine farbige Fläche, wobei die Farbe wieder 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 μΐη bei
etwa 5 Volt. Die Einschaltzeiten sind feldstärkeabhängig und betragen bei einer Spannung von 20 Volt etwa
3 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 kurzer 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 cholesferischen 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 erhallen
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 für 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)
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, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine der den Flüssigkristall begrenzenden Glasplatten gefärbt ist.
8. Anordnung nach einem der 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 11, dadurch gekennzeichnet, daß der diffuse Reflektor die von
der Lichtquelle abgewandte segmentierte Elektrode ist.
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