DE2312659A1

DE2312659A1 - Fluessigkeitskristall-darstellungseinrichtung

Info

Publication number: DE2312659A1
Application number: DE2312659A
Authority: DE
Inventors: George Elliott; Brian William Ely
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1973-01-11
Filing date: 1973-03-14
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE2312659C3; US3910681A; DE2312659B2; GB1430611A

Description

Flüssigkeitskristall-Darstellungseinriclitung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung und betrifft insbesondere eine solche Einrichtung des reflektierenden Typs.

Eine typischerweise bekannte Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung des reflektierenden Typs besteht aus einem Metallspiegel, der auf einem Glas abgelagert ist und eine der zwei Elektroden der Einrichtung bildet, und einer zweiten Elektrode, die in dem gewünschten Darstellungsmuster ausgebildet ist, das auf einer zweiten G-lasschicht vorgesehen ist, wobei eine Schicht aus nematisch era bzw.fadenförmigeia Flüssigkeits-Kristall-Material zwischen den zwei Elektroden vorgesehen ist.

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Dr. Müller-Bora Dr. Manitz ■ Dr. Deufel - Dipl.-Ing. Finsterwald Dipl.-Ing. Grämkow

33 Braunschweig, Am Bürgerpark 8 8 München 22, Robert-Koch-StraBe 1 7 Stuttgart-Bad Cannstatt, Marktstraßa

Bank: Zentralkasse Bayer. Volksbanken, München, Kto.-Nr. 9622 Postscheck: München 95495

Für eine Darstellung mit maximalem Kontrast müssen bekannte Einrichtungen des reflektierenden Typs in einen dunklen Hintergrund gerichtet sein, so daß ein Beobachter eine Reflektion des dunklen Hintergrundes in nicht aktivierten Bereichen der Einrichtung sieht. Während .es möglich ist, die Darstellungseinrichtung so anzubringen, daß sie aus den meisten Sehrichtungen unter üblichen Umgebungslichtbedingungen gut sichtbar ist, kann bei bestimmten Winkeln und unter bestimmten Lichtbedingungen eine Spiegelreflektion bzw. ordentliche Reflektion der Lichtquelle von der Spiegelelektrode erhalten weiten, wodurch der Kontrast der Darstellung zerstört wird.

Zielder Erfindung ist die Schaffung einer Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung des reflektierenden Typs, bei der die Menge von spiegelmäßig reflektiertem zu einem Gesichtspunkt bei Winkeln nahe dem normalen Einfall bzw. einem Einfall nahe der Normalen reduziert ist.

Erfindungsgemäß ist eine Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung des reflektierenden Typs vorgesehen mit einem dielektrischen Spiegel als dem reflektierenden Spiegel.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung des reflektierenden Typs vorgesehen mit einem dielektrischen Spiegel als reflektierendem Spiegel, der Schichten aus Material mit verschiedenen Brechungsindizes aufweist, wobei die Dicken der Schichten so bemessen sind, daß der Reflektionskoeffizient in einem gegebenen Teil des Spektrums bei Winkeln nahe dem Normalen-Einfall relativ reduziert ist. Vorteilhafterweise ist der gegebene Teil des Spektrums der sichtbare Teil des Spektrums.

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Bevorzugt weisen die Schichten alternierend einen hohen und einen niedrigen Brechungsindex auf. Vorteilhafterweise sind drei bis sieben Schichten vorgesehen und weist jede Schicht eine Dicke auf, die gleich einer Viertel-Wellenlänge bei einer Frequenz unter der unteren Grenze des sichtbaren Spektrums ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der dielektrische Spiegel alternierende Schichten aus Zinksulfid und Magnesiumfluorid, wobei die beiden äußersten Schichten aus Zinksulfid bestehen.

Andere Materialien, die für die Schichten mit hohem Brechungsindex vorgesehen werden können sind OdS, TiOp, SiC und SnOp. Andere Materialien, die für die Schichten mit niedrigem Brechungsindex benutzt werden können, umfassen Kryolith (JNaJb¹

₇) und Al₀O-,.

Da der dielektrische Spiegel isoliert ist bzw. ein Isolator ist, kann er nicht selber eine der zwei für die Aktivierung der Einrichtung erforderlichen Elektroden bilden. Infolgedessen ist eine der zwei für die Aktivierurgder Einrichtung erforderlichen Elektroden entweder als eine dünne, lichtdurchlässige, leitende Beschichtung auf der Oberfläche des dielektrischen Spiegels angrenzend an das Flüssigkeitskristall-Material oder als eine Elektrode auf der von dem IPlüssigkeitskristall-Material sbgelegenen extremen Oberfläche des dielektrischen Spiegels vorgesehen. In dem letzteren Fall arbeitet die Einrichtung nur mit Wechselstrom-Eingangssignalen, da der dielektrische Spiegel ein Isolator ist.

Wie bei bekannten Konstruktionen kann die eine oder die arfere oder können beide dem Spiegel zugeordnete Elektroden gemustert sein.

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Bei einer Anordnung, die eine Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung gemäß der Erfindung benutzt, 'kann deren Beleuchtung in dunkler Umgebung vorgesehen werden durch eine Einrichtung, die Licht um die Kante der Einrichtung in einer solchen Weise projiziert, daß der dielektrische Spiegel als eine Lichtröhrenbzw. Lichtleiter-Anordnung wirkt, die Licht quer über die Fläche der Darstellung führt, wo dieses im Betrieb durch das Flüssigkeitskristall-Material in aktivierten Bereichen nach vorne gestreut wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

!''ig. 1 und 2 in schematischen Darstellungen das Funktinsprinzip einer erfindungsgemäßen Darstellungseinrichtunß· und

Fig. 5 einen Schnitt durch eine erfindun&sgeiaäße DarstellungseinxrLchtung.

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Nach Fig. 1 ist eine Schicht 1 vorgesehen, die die Schicht aus Flüssigkeitskristall-Material in einer erfindungsgemäßen Darstellungseinrichtung bildet. Eine Schicht 2 ist als dielektrischer Spiegel vorgesehen, die zu Zwecken der Erläuterung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung im Augenblick als eine einzige homogene Schicht aus dielektrischem Material angenommen wird. Lichtstrahlen Iy, nahe der Normalen verlaufen durch eine Dielektrik-Tiefe d^, die der Dicke h der Schicht 2 angenähert ist. Lichtstrahlen L· die ein Streuzentrum S1 antreffen, das durch einen Stromfluß in dem Flüssigkeitskristall erzeugt worden ist, senden einiges von dem Licht entlang dem Pfad dp mit einem Winkel θ zu der Ebene der Oberflächen. Die Dielektrik-Iiefe dp ist viel grosser als d^ und ist gegeben durch dp = h/sinusQ. Einiges von dem Licht, das von dem Pfad d^ reflektiert wird, wird zu dem Beobachter durch andere Streuzentren wie S2 zurückgeführt. In der Praxis muß der Nettoeffekt sehr großer Zahlen von Streuzentren wie S1 und S2 betrachtet werden, die durch den aktiven Bereich mit Abstand angeordnet sind und von denen gedes Bereiche von etwa 1 Mikron im Durchmesser überdeckt.

Die Reflektionskraft in dem sichtbaren Spektrum ist entlang dem Pfad 6.2 höher als die entlang dem Pfad d.. Um dies zu erläutern, wird die Funktionsweise eines dielektrischen Spiegels mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Eine Lichtwelle kann durch eine Skalarfunktion der Form

χ = a COs(^ t+ 0)

dargestellt werden, wobei die Phase 0 zu dem optischen Pfad Λ durch den Ausdruck

0=2 ΓΔ/Λ

in Beziehung gesetzt ist.

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Bei einer einzigen transparenten Schicht mit der Dicke e und dem Brechungsindex n., die zwischen zwei transparenten Medien mit den Indizes üq und n^ angeordnet ist, verursacht ein einfallender Strahl eine Reihe von inneren Reflektionen mit den Amplituden r^ an der Zwischenfläche zwischen dem Medium nQ und der dünnen Schicht und r₂ an der Zwischenflache der dünnen Schicht und dem Medium n₂ (Fig. 2). Wenn angenommen wird, daß gilt

0 = 2 /Γ η

dann kann gezeigt werden, daß der Reflektionsgrad der dünnen Schicht

2 ρ _{R =} r^ + r₂ + 2r^r₂ cos 20

1 + r?r| + 2r^r₂ cos 20

beträgt, wobei R ein Maximum oder ein Minimum ist, wenn 0 = (2K+1) (/Γ/2) ist, d.h. wenn die optische Dicke der Schicht ein ungeradzahliges Vielfaches von λ /4- ist.

Für diesen Wert von 0 sind ' R =

R weist ein Minimum auf, wenn gilt iIq ( n, <. n₂ und ein Maximum, wenn gilt η« <^ η. )- n₂· Wenn sich das System in Luft befindet, wo nQ = 1 gilt, liegt ein Maximum vor, wenn n,, > n₂ gilt, und somit vergrößert eine Schicht mit dem Index n^,, der größer als der der Basis ist, immer den Reflektionsgrad der Basis, Verbesserte Ergebnisse werden erhalten, wenn Vielfachschichten benutzt werden; Schichten mit einer Dicke Λ/4 mit alternierend hohem und niedrigem Brechungsindex werden gestapelt, was eine Iteration des Einschicht-Systems darstellt, so daß der Reflektionsgrad verbessert und der Transmissionsgrad bzw. die Durchlässigkeit reduziert wird, während praktisch keine Absorption

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eingeführt wird. Berechnungen des Reflektionsgrades "bei normalen Einfall auf einen Stapel von Schichten können unter Anwendung der Matrisen-Technik ausgeführt werdea.

In der Praxis sind gute Ergebnisse unter Verwendung von drei bis sieben Schichten erreichbar.

Wenn die Schichtdicke gewählt wirdy bs*% so daß jede Schicht eine Viertelwelle für eine Wellenlänge unter der unteren Grenze des sichtbaren Spektrums ist, dann tritt für einen normalen Einfall bzw. einen Einfall entlang der Formalen das Reflektionsmaximum in dem ultravioletten Bereich auf. Jedoch bei den sehr schrägen Winkeln, die in dem gestreuten Lichtsystem auftreten, ist die effektive Pfadlänge bzw. Weglänge in jeder Schicht viel größer, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, und eine gute Reflektionskraft ist in dem sichtbaren Bereich erreichbar. Wenn beispielsweise jede Schichtdicke 700 S beträgt, dann liegt das Reflektionsmaximum für einen normalen Einfall in dem Bereich von 2800 S, jedoch für schiefe Winkel bzw. spitze Winkel zwischen 22° und 38° zu der Ebene der Einrichtung weisen die Reflektionen ein Maximum in dem sichtbaren Bereich des Spektrums auf. Somit sind die möglichen Streureflektionen von dem Spiegel mit Winkeln nahe der Kormalen stark reduziert, während eine vernünftig hohe Reflektionskraft bzw. Reflektion für statistisch gestreutes Licht in der Flüssigkeitskristall-Schicht beibehalten worden ist.

Nach Fig. 3 sind bei einem praktischen Ausführungsbeispiel einer Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung Schichten 1, 2, 3, 4 und 5 auf einem Glassubstrat 6 mit einem Brechungsindex von näherungsweise 1,5 vorgesehen. Die Schichten 1, 3 und 5 bestehen jeweils aus 700 S. Zinksulfid mit dem Brechungsindex 2,35 und der Dichte 4,1, während die Schichten 2 und 4 jeweils aus 700 S Magnesiumfluorid mit dem Brechungsindex 1,38 und der Dichte 3,0 bestehen. Die Schichten sind auf das Glas-

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substrat 6 aufgebracht worden durch aufeinanderfolgendes
Aufdampfen der Materialien. Auf der Schicht 5 ist eine
dünne, lichtdurchlässige Metall- oder Meralloxid (beispielsweise Zinnoxid) -Beschichtung 7 abgelagert, die
als eine Elektrode der Flüssigkeitskristall-Darstellungszelle wirkt. Ein weiteres Glassubstrat 8 weist eine lichtdurchlässige, leitende Beschichtung 9 auf, die die andere Elektrode der Einrichtung bildet, wobei zwischen den zwei Beschichtungen 7 und 9 ein nematisches bzw. fadenförmiges Flüssigkeits-Kristall-Material mit einer Dicke zwischen etwa 6,25 Mikron und 62,5 Mikron (.00025" and .0025") vorgesehen ist. Die leitenden Beschichtungen 7 und 8 bestehen
aus Zinnoxid oder Indiumoxid.

Wenn die Einrichtung in dunkler Umgebung befehlen werden soll, kann Licht entlang der Kante der Einrichtung unter Benutzung einer dünnen Streifenlampe oder einer Lichtröhre bzw. eines Lichtleiters projiziert werden. Die dielektrischen Schichten 1 bis 5 wirken dann als Lichtröhren bzw. Lichtleiter, die das Licht quer über die Fläche der Darstellung führen, wo es durch Flüssigkeitskristall-Material in aktivierten Bereichen nach vorne gestreut wird.

Alternativ kann die lichtdurchlässige, leitende Schicht 7 anstatt auf der Schicht 5 zwischen den dielektrischen Schichten 1 bis 5 und dem Substrat 6 vorgesehen sein. In diesem Fall arbeitet die Darstellungseinrichtung nur mit Wechselstrom-Eingangssignalen aufgrund der isolierenden Eigenschaft der Schichten 1 bis 5» während, wenn die lichtdurchlässige Beschichtung 7, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, vorgesehen ist, sowohl Wechselstrom- wie Gleichstrom-Eingangssignale vorgesehen werden können.

- Patentansprüche 409830/0684

Claims

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Patentansprüche

Flüssigkeitskristall-Darstellungseinrichtung des reflektierenden Typs mit einem Spiegel jenseits bzw. unter einer Schicht aus Flüssigkeitskristall-Material, dadurch gekennzeichnet, daß der reflektierende Spiegel (2) ein dielektrischer Spiegel ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Spiegel aus Schichten (1,2,3i^i5 aus Material mit verschiedenen Brechungsindizes besteht, deren Dicke so bemessen ist, daß der Reflektionskoeffxzient in einem gegebenen Teil des Spektrums bei Winkeln nahe dem Normalen-Einfall relativ reduziert ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten alternierend hohe und niedrige Brechungsindizes aufweisen.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß drei bis sieben Schichten vorgesehen sind und daß jede Schicht eine Dicke aufweist, die gleich einer Viertel Wellenlänge bei einer Frequenz unter der unteren Grenze des sichtbaren Spektrums ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Spiegel alternierende Schichten aus Zinksulfid und Magnesiumfluorid umfaßt, wobei die beiden äußeren Schichten aus Zinksulfid bestehen.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der zwei zur Aktivierung der Einrichtung erforderlichen Elektroden als eine dünne lichtdurchlässige leitende Beschichtung auf der Ober-

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fläche des dielektrischen Spiegels angrenzend an das Flüssigkeitskristall-Material vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche Λ bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine der zwei zur Aktivierung der Einrichtung erforderlichen Elektroden als eine Elektrode auf der von dem Flüssigkeitskristall-Material abgelegenen äußersten Oberfläche des dielektrischen Spiegels vorgesehen ist.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die Licht um die Kante der Einrichtung in einer solchen Weise projiziert, daß der dielektrische Spiegel als eine Lichtröhren- bzw. Lichtleiter-Anordnung arbeitet, die Licht quer über die Fläche der Darstellung führt, wo es im Betrieb durch das Flüssigkeitskristall-Material in aktivierten Bereichen nach vorne gestreut wird.

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