DE2319445A1

DE2319445A1 - Elektrisch gesteuerte anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2319445A1
Application number: DE2319445A
Authority: DE
Inventors: Michel Hareng; Michel Roncillat
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-04-17
Filing date: 1973-04-17
Publication date: 1973-10-25
Also published as: DE2319445C2; GB1435356A; US3878537A; FR2181115A5; JPS4918494A; JPS5742876B2

Description

Unser Zeichen; _i T 13,60

THOMSOK-CSP

173 Bd.Kaussraann

7500B Paris, Frankreich

Elektrisch gesteuerte Anzeigevorrichtung

Die Erfindung betrifft elektrisch gesteuerte Anzeigevorrichtungen, bei denen die optischen Eigenschaften von dünnen Schichten nematischer -Flüssigkristalle angewendet werden, die einem elektrischen Feld ausgesetzt sind.

Bekanntlich kann man durch Anlegen einer elektrischen Gleichspannung oder ¥echselspannung zwischen den Flächen einer dünnen Schicht eines nematischen Flüssigkristalls je nach dem Wert und der Frequenz der verwendeten Spannung beträchtliche Änderungen der optischen Eigenschaften der Schicht verursachen. Sehr starke Änderungen der Doppelbrechung als Folge von kleinen Änderungen der Spannung ermöglichen es, wenn der Schicht polarisierende Platten hinzugefügt werden, entweder die Intensität einer monochromatischen Strahlung oder die Farbe einer polychromatischen Strahlung zu modulieren. Man kann auch die Erscheinung der dynamischen Streuung ausnützen, die dem Erscheinen einer beträchtlichen Streuung in dem anfänglich vollkommen durchsichtigen Kristall beim Überschreiten einer bestimmten Sckwellenspannung entspricht.

3Q98A3/0 521

Die Anwendung der einen oder der anderen dieser Erscheinungen ermöglicht es, durch Nebeneinanderlegen von einzelnen Zellen, die jeweils aus einer solchen dünnen Schicht bestehen, die zwischen lichtdurchlässige Elektroden eingefügt i.st, Anzeigevorrichtungen in Fora von Tafeln zu realisieren, die beispielsweise die elektrisch gesteuerte Anzeige von Schriftzeichen ermöglichen*

Eine, solche Lösung hat zahlreiche Vorteile: Die Zellen können leicht und mit niedrigem Herstellungspreis realisiert werden, und die erforderlichen Steuerspaxmungen und Steuerleistungen sind gering. Sobald jedoch die Anzahl der Elementarzellen vergrößert wird_? besteht das -Problem, daß die benötigten Steuerschaltungen sehr kompliziert werden·

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer el4±risch gesteuerten Anzeigevorrichtung mit eine® nematischen Flüssigkristall dieser Art,bei welcher die Steuerschaltungen wesentlich vereinfacht sind. Zu diesem Zweck werden die integrierenden Eigenschaften von Materialien dieser Art ausgenutzt, die sich daraus ergeben, daß die Zeiten für die Ausbildung der Erscheinungen der Doppelbrechung oder der Streuung klein gegen die Zeiten des Verschwindens dieser Erscheinungen sind; zu diesem Zweck wird ^ede Elementarζeile durch impulse einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung polarisiert, die sich mit fester Frequenz wiederholen, wobei die konstante Dauer dieser Impulse klein gegen die Zeit der Ausbildung der betreffenden Erscheinung sein kann. Die Erfindung ermöglicht somit die Anwendung des unter der Bezeichnung Multiplexierung bekannten Verfahrens für die Steuerung dieser Tafeln, was zu einer beträchtlichen Vereinfachung der Schaltungen führt.

309843/0521

2319U5

Die Erfindung und die sich daraus ergebenden "Vorteile werden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. In der Zeichnung zeigenϊ

Pig.1 einen Schnitt durch eine Flüssigkristallzelle bekannter Art,

Fig.2, 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der elektrooptischen. Eigenschafen der nematischen Flüssigkristalle, die sowohl beim Stand der Technik als auch bei der Erfindung angewendet werden,

Fig.5 die Anwendung der Eigenschaft der dynamischen Streuung bei nematischen Flüssigkristallen zum Zweck der Anzeige nach dem Stand der Technik,

Fig.6 die Anwendung der Eigenschaft der Doppelbrechung bei nematischen Flüssigkristallen zum Zweck der Anzeige nach dem Stand der Technik,

Fig.7 eine aus elementaren Flüssigkristallzellen gebildete Matrix, die gemäß der Erfindung angewendet wird,

Fig.8 eine Anzeigetafel mit Segmenten, die gemäß der Erfindung angewendet wird,

Fig.9 ein Schema der Anschlüsse der Elektroden bei einer Gruppe von Anzeigetafeln mit Segmenten gemäß der Erfindung,

Fig.10, 11, und 12 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,

Fig. 13 die Verwehdung von übereinander angeordneten Anzeige*· tafeln mit nematischen Flüssigkristallen zur

309843/0521

Ausnutzung der Erscheinung der Doppelbrechung nach der Erfindung und

Fig.14 eine Anzeigevorrichtung nach der Erfindung mit Anzeigetafeln mit nematischem Flüssigkristall und den zugehörigen Steueranordnungen für die Anwendung des Multiplexierverfahrens.

Bekanntlich bezeichnet man als Flüssigkristalle gewisee besonderen Organisationsformen, die zwischen der ungeordneten Flüssigkeit und dem geordneten Kristall liegen und bei gewissen Verbindungen in einem mehr oder weniger engen Temperaturbereich durch das Auftreten eines viskosen Zustands in Erscheinung treten. Die nematischen Flüssigkristalle sind dadurch gekennzeichnet, daß die sie bildenden länglichen Moleküle sich parallel zu ihrer Längsrichtung in einer Linie ausrichten.

Wie die Schnittansicht von Fig.1 zeigt, wird eine Flüssigkristallzelle dadurch gebildet, daß eine geeignet gewählte Verbindung 1 in den Zwischenraum von etwa 10 Mikron eingebrächt wird, der zwischen zwei parallel angeordneten Glasplatten 11 und 12 besteht, die an den einander zugewandten Flächen ganz oder teilweise mit Elektroden und 22 bedeckt sind, von denen wenigstens die eine Elektrode lichtdurchlässig ist (die dann beispielsweise aus Zinnoxid SnO, besteht), während die andere Elektrode lichtdurchlässig oder reflektierend ist. Die Verbindung kann beispielsweise eine äquimolekulare Mischung von Methoxybenzyliden-Butyl-anilin (MBBA) und Xthoxybenzyliden-butylanilin (ÄBBA) sein, die eine Phase mit nematischer Struktur zwischen 0 und 6O⁰C aufweisen. Durch bestimmte Vorkehrungen, beispielsweise Ritzen der in Kontakt mit dem nematischen Flüssigkristall stehenden Flächen oder Einbringen von Spuren eines.oberflächenaktiven Mittels in das nematische Material, ist es möglich, über die ganze

309843/0521

Fläche der Zelle eine gleichförmige Orientierung der Moleküle entweder parallel oder senkrecht zu den Platten zu erhalten.Die Zelle weist dann, wenn keine Spannung an die Elektroden, angelegt ist, gleichförmige optische Eigenschaf teiauf und ist insbesondere vollkommen durchsichtig.'

Wenn an die Elektroden 21 und 22 eine Gleichspannung E angelegt wird, die von dem Wert 0 an allmählich erhöht wird, "beobachtet man in dem zwischen den beiden Elektroden liegenden Bereich 10 die folgenden Erscheinungen.:

1· Bis zu einem Schwellenwert E^_g bleibt dieZelle gleichf örm%lichtdurchlässig. Bine Untersμchung zwischen Polarisatcren zeigt, daß die Doppelbrechung konstant bleibt. Diese Doppelbrechung ist Null, wenn die Moleküle senkrecht zu den Platten orientiert waren, und sie weist einen bestimmten, für das Material und die Dicke des Zwischenraums zwischen den Platten kennzeichnenden Wert auf, wenn die Moleküle parallel zu den Platten orientiert waren. Die langgestreckten Moleküle bilden nämlich ein stark doppelbrechendes einachsiges Medium, dessen optische Achse parallel zu der Richtung der gemeinsamen Ausrichtung liegt.

2. Zwischen diesem ersten Schwellenwert E^₃ und einem zweiten Schwellenwert E-gbleibt die Lichtdurchlässigkeit der Zelle unverändert, doch beobachtet man dann, wenn die ursprüngliche Orientierung der Moleküle in Abhängigkeit von dem Material geeignet gewählt war, eine allmähliche Änderung der Doppelbrechung, die bei senkrechter Orientierung zunimmt und bei paralleler Orientierung abnimmt. Die den nematischen Flüssigkristall bildenden Moleküle sind nämlich stark polarisierbar, wobei der Polarisationsvektor , ^e nach dem verwendeten Material entweder in der Längsrichtung des Moleküls oder senkrecht dazu gerichtet ist. Wenn die

309843/0521

Moleküle parallel zu den Platten orientiert sind, weisen sie dann die maximale Doppelbrechung auf; wenn die Polarisation senkrecht zu der Längsachse , also senkrecht zu der Platte liegt, ist das von den Elektroden erzeugte Feld , das parallel zu der Polarisationsrichtung liegt, ohne. Einfluß auf die Orientierung der Moleküle; wenn dagegen die Polarisation parallel zu der Längsachse der Moleküle liegt, versucht das Feld die Moleküle zu drehen, und die Doppelbrechung nimmt ab. Eine gleichartige Überlegung zeigt, daß dann, wenn die Moleküle senkrecht zu den Platten orientiert sind, das Feld nur dann zur Wirkung kommt, wenn die Polarisation senkrecht zu der Längsrichtung der Moleküle liegt, und daß es dann die Doppelbrechung der Zelle vergrößert..

'3. Wenn die angelegte Spannung den zweiten Schwellenwert E_2S überschreitet, erscheint der zwischen den Elektroden liegende, ursprünglich lichtdurchlässige Bereich des Flüssigkristalls immer stärker streuend. Diese Erscheinung der sogenannten dynamischen Streuung, welche die Erscheinung der Doppelbrechung überdeckt, ist mit dem Bestehen einer gewissen Leitfähigkeit im Innern <hs Flüssigkristalls verknüpft. Oberhalb einer gewissen Schwelle zerstören die Ladungsträger immer mehr die Ordnung des Flüssigkristalls, der in Molekülaggregate zerfällt, die untereinander zunehmend unterschiedliche Orientierungen aufweisen.

Fig. 2 zeigt die Änderung der Schwellenspannungen E^g und E₂^ bei einer Änderung der Frequenz f der an die Elektroden angelegten Spannung von einem der Gleichspannung entsprechenden Wert Null an. Die Schwellenspannung E^₃ bleibt praktisch konstant; die Schwellenspannung Egg ändert sich wenig bis zu einem charakteristischen Wert t_n, und sie folgt oberhalb dieses Wertes einer Funktion, die der Quadratwurzel der Frequenz annähernd proportional ist. Es ist auch festzustellen,

309843/0521

daß oberhalb dieser Frequenz "f_ die Erscheinung der dynamischen Diffusion-einer neuen Erscheinung Platz macht, die parametrische Oszillation genannt wird und einer Schwingung der Moleküle mit einer Frequenz entspricht, die doppelt so groß wie die Frequenz des Feldes ist. Diese parametrische Oszillation stört die Doppelbrechung und ändert die Lichtdurchlässigkeit des Kristalls, ohne jedoch zu einer Erscheinung zu führen, die , wie die Erscheinung der dynamischen Streuung, praktisch ausnutzbar ist.

Man kann somit in dem Spannungs-Frequenz-Diagraiam von Fig.2 vier Bereiche unterscheiden, .die sich durch die Schraffierungen unterscheiden und verschiedenen physikalischen Verhaltensweisen des nematischen Flüssigkristalls entsprechen: ·

- den Bereich I, in dem der Flüssigkristall lichtdurchlässig und Isotrop bleibt;

- den Bereich B, in dem die Erscheinung der Doppelbrechung beobachtet wird;

- den Bereich DS, in dem die Erscheinung der dynamischen Streuung ("dynamic scattering" ) beobachtet wird;

- den 3ereich FTO, in dem die Erscheinung der parametrischen Oszillationen ("fast turn off") beobachtet wird·

In Fig.3 sind zwei Kurven dargestellt, die als Funktion der an die Zelle angelegten Spannung E die Änderung der von der Doppelbrechung verursachten Gangdifferenz ΔΕ zwischen dem ordentlichen Strahl und dem außerordentlichen Strahl am Austritt der Zelle "wiedergeben. Diese beiden Kurven

309843/0521

betreffen zwei verschiedene Materialien, wobei die Moleküle des einen Materials senkrecht zu den Platten orientiert sind, (Kurve a), während die Moleküle des anderen Materials parallel zu den Platten orientiert sind (Kurve b). Bei diesem Beispiel ist angenommen, daß die beiden Materialien die gleiche Differenz zwischen dem ordentlichen Index und dem außerordentlichen Index und die gleiche Schwellenspannung aufweisen, und daß sich ihre Moleküle für die gleiche Spannung um den gleichen Winkel drehen. Die Kurven sind für jede beliebige Frequenz der angelegten Spannung gleich und gehen oberhalb eines bestimmten Spannungswerts zu einem konstanten Wert. Wie jedoch bereits zuvor erwähnt wurde, ist die Änderung der Doppelbrechung, die man bei einer Zelle erhalten.kann, bei den. niedrigen Frequenzen durch das Auftreten der Erscheinungen der dynamischen Streuung oder der parametrischen Oszillation oberhalb des Schwellenwertes E_2s beschränkt. Wenn man also große Änderungen der Doppelbrechung erhalten will, ist es zweckmäßig, an dieZelle eine Spannung mit ausreichend hoher Frequenz anzulegen.

Es sollen als Beispiel einige kennzeichnende Werte für eine dünne Schicht mit einer Dicke von etwa 1o Mikron angegeben werden, die aus einer äquimolekularen Mischung von MBBA und ÜBBA gebildet ist. Der Schwellenwert des Auftretens der Doppelbrechung (E,.„) liegt in der Größenordnung von 5V und der Schwellenwert für das Auftreten der dynamischen Streuung (E₂₃) liegt in der Größenordnung von 7V für Frequenzen unter einem Viert F_c in der Größenordnung von 500 Hz; oberhalb dieser Frequenz wächst E_2S, wie Fig.2 zeigt, fortschreitend wie die Quadratwurzel der Frequenz.

Was insbesondere die Erscheinung der Doppelbrechung betrifft, ermöglicht diese Mischung eine Änderung des Gangunterschieds als Funktion der angelegten Spannung,

• 309843/052 1

die der Kurve a von Fig.3 analog ist, wobei der konstante Wert, der einem Gangunterschied von vier Wellenlängen für gelbes Licht entspricht, bei einer Spannung in der Größenordnung von 30 V erreicht wird* Es ist zu erkennen, daß sowohl bei der Doppelbrechung als auch bei der dynamischen Streuung beträchtliche efektrooptische. Effekte unter Einsatz von sehr kleinen Spannungen erhalten werden können.

Fig. 4 zeigt als Funktion der Zeit die Änderung der optischen Erscheinungen der Doppelbrechung und der Streuung, die mit dem Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden einer nematischen Flüssigkristallzelle verknüpft sind. In diesem Diagramm sind als Funktion der Zeit einerseits der Wert der an die Elektroden angelegten Spannung E und andrerseits eine Größe I dargestellt, welche ein Maß für die sich aus der angelegten Spannung ergebende optische Erscheinung der Doppelbrechung oder Streuung ist. Die Spannung kann entweder eine Gleichspannung des Wertes E oder eine Wechselspannung der Amplitude E sein. Folgendes ist festzustellen: Wenn eine Sprungspannung angelegt wird, die im Zeitpunkt t_Q plötzlich von dem Wert 0 auf den Wert E geht und anschließend konstant bleibt, braucht die Größe I eine gewisse Zeit, um sich auszubilden; ebenso braucht die optische Erscheinung, wenn im Zeitpunkt t_p die Spannung unterdrückt wird, eine gewisse Zeit, um zu verschwinden. Die Ausbildung und das Verschwinden der Erscheinung sind die Folge von komplizierten Phänomenen und verlaufen nicht nach zeitlichen Exponentialfunktionen, so daß es nicht möglich ist, eine.Zeitkonstante zu definieren. Man begnügt sich deshalb damit, eine Anstiegszeit t„ zu definieren, welche die Zeit ist, die die Erscheinung braucht, um 99/^ihres Endwertes I^ zu erreichen, und eine Abfallzeit T^, welche die Zeit ist, die die Erscheinung benötigt, um auf V/o dieses Wertes abzufallen. Dann ist folgendes festzustellen?

309843/0 521

- Unabhängig von der Art der Erscheinung ( Doppelbrechung oder Streuung) ist der Viert der Abfallzeit ΐ^ für große Spannungen stets größer als der Wert der Anstiegszeit t—;

- der Wert der Anstiegszeit t« nimmt stark ab, wenn der

. Abstand zwischen der angelegten Spannung und der Schwellenspannung vergrößert wird, während der Wert der Abfallzeit t_ß praktisch konstant bleibt; das Verhältnis t^/t,, ist also eine mit der Differenz S-Eg wachsende Funktion;

- bei Anwendung der Erscheinung der Doppelbrechung können sehr viel kleinere Anstiegszeiten als bei Anwendung der Erscheinung der dynamischen Streuung erhalten werden.

In.Fig.5 und 6 ist dargestellt, wie diese optischen Eigenschaften der nematischen Flüssigkristalle bei einer .Anzeigevorrichtung angewendet werden können, bei welcher eine Zelle der in Fig.1 dargestellten Art benutzt wird, die durch eine Spannungsquelle gesteuert wird, die eine elektrische Spannung E liefert. Es wird angenommen, daß die Elektrode 22 lichtdurchlässig ist und eine Graphik darstellt, die durch elektrische Steuerung zum Erscheinen oder Verschwinden gebracht werden soll , während die ihr gegenüberliegende Elektrode 21 entweder gleichförmig oder in gleicher Weise wie die Elektrode 22 ausgebildet sein kann.

In Fig.5 ist ein Beispiel für die Anwendung der Erscheinung der dynamischen Diffusion dargestellt, wobei angenommen ist, daß die beiden Elektroden 21 und 22 lichtdurchlässig sind. Hinter der Platte 11 ist ein absorbierender schwarzer Hintergrund 110 angeordnet; die Zelle wird durch die Platte 12 und die Elektrode 22 hindurch entweder durch eine Lichtquelle oder durch das Umgebungslicht beleuchtet. Solange die Steuerspannung E kleiner als die Schwellenspannung Eg« ist, erscheint dieZelle gleichförmig schwarz, da jeder Lichtstrahl, wie der Lichtstrahl ILj ναι dem Hintergrund 110 absorbiert wird, nachdem er die von dem

309843/0521

Flüssigkristall, den Platten und ihren Elektroden gebildete lichtdurchlässige Anordnung durchquert hat. Sobald jedoch die Spannung den Schwellenwert überschreitet, streut der zwischen den Elektroden liegende Bereich 10 das einfallende Licht (das durch den Lichtstrahl R₂ dargestellt ist), und ein Beobachter, der sich auf der gleichen Seite derZelle wie die Lichtquelle befindet, sieht dann die von der Elektrode 22 dargestellte Graphik hell auf einem dunklen Hintergrund, wobei der Kontrast umso stärker betont ist, je höher die Spannung E ist, je mehr also der Kristall streut.

Wie in Fig.6 gezeigt ist, ist es auch möglich, eine Flüssigkristallzelle so anzuwenden, daß ihre Doppelbrechungseigenschaften ausgenutzt werden. Die Zelle wird dann mit linear polarisiertem parallelem Licht beleuchtet, das beispielsweise von einerQuelle 3 erzeugt wird, die im Brennpunkt einer Optik angeordnet ist, die einem Polarisator 31 zugeordnet ist; man kann beispielsweise eine Laser-Quelle verwenden, die ein paralleles Bündel von polarisiertem Licht aussendet· Ein Analysator 32, der zu dem Polarisator gekreuzt angeordnet ist, empfängt das aus derZelle austretende Licht.

Wenn die Moleküle senkrecht zu den Platten orientiert sind und die Quelle eine monochromatische Strahlung der Wellenlänge χemittiert, erscheint die Zelle gleichförmig schwarz, solange die Spannung unter dem Schwellenwert E^„ bleibt. Nach dem Überschreiten dieses Wertes wird der zwischen den Elektroden liegende Bereich 10 zunehmend doppelbrechend (Kurve a von Fig.3)i und die von der Elektrode 22 dargestellte Graphik erscheint zunehmend heller auf schwarzem Hintergrund, bis der vom Kristall erzeugte Gangunterschied gleich λ /2 ist, worauf sie allmählich dunkler wird. Die Graphik wird für einen Gangunterschied von A emeut unsichtbar. Wenn die Spannung

309843/0521

weiter erhöht wird, geht die Graphik abwechselnd durch Helligkeitsmaxima bei Gangunterschieden, die gleich einer ungeraden Anzahl von halben Wellenlängen sind, und zwischen denen für alle Gangunterschiede, die gleich einer ganzen Zahl von Wellenlängen sind, Auslöschungen liegen. Wenn die Zelle mit weißem Licht beleuchtet wird, werden mit zunehmender Spannung nach einander die verschiedenen Spektralbereiche ausgelöscht, und die Graphik erscheint farbig auf schwarzem Hintergrund, wobei die Farbe von der angelegten Spannung abhängt.

Die Erscheinungen sind etwas anders, wenn die Moleküle parallel zu den Platten orientiert sind. Wie die Kurve b von Fig.3 zeigt, ist die Doppelbrechung derZelle dann unterhalb der Schwellenspannung E^ „ am größten, und sie nimmt anschließend ab, wenn die angelegte Spannung E erhöht wird, bis sie schließlich auf den Viert Null geht. Somit erscheint die mit monochromatischem Licht beleuchtete Zelle für Spannungen unterhalb des Schwellenwertes nur dann gleichförmig schwarz, wenn ihre Dicke exakt so berechnet ist, daß der zwischen den beiden Polarisationen verursachte Gangunterschied genau gleich einer ganzen Zahl von Wellenlängen ist; andernfalls erscheint die Zelle mehr oder weniger hell, jedoch gleichförmig; bei Beleuchtung mit weißem Licht erscheint die Zelle gleichförmig farbig.Wenn man die Spannung über den Schwellenwert erhöht, verringert sich die Doppelbrechung des Bereichs 10 gegenüber den, benachbarten Bereichen und die Graphik wird sichtbar. Man erhält dann wieder die gleichen Erscheinungen sowohl bei monochromatischem Licht als auch bei weißem Licht, wie in dem Fall, daß die Moleküle senkrecht zu den Platten orientiert sind.

309843/0521

Die zuvor angegebenen Beispiele zeigen, wie die elektrooptischen Irscheingungen der nematischen Flüssigkristalle dazu ausgenutzt werden können, eine bestimmte Grqhik durch elektrische Steuerung eines einzigen Elektrodenpaares erscheinen oder verschwinden zu lassen. In der Praxis wird man eine größere Anzahl von unabhängigen Elektroden an der gleichen Zelle vorsehen, damit es möglich ist, nacheinander verschiedene graphische Figuren darzustellen, und man wird gegebenenfalls mehrere Zellen mit Mehrfachelektroden nebeneinander anordnen. Man kommt dann zu Steuersystemen, die umso komplizierter sind, je größer die Anzahl der unabhängigen Elektroden ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht gerade darin, die elektrischen Steueranordnungen von Anzeigetafeln, bei denen derartige nematische Flüssigkristallzellen angewendet werden, durch eine zweckdienliche Anwendung der zuvor erläuterten Eigenschaften nach einem unter der Bezeichnung Multiplexierung bekannten Verfahren zu vereinfachen.

Fig.7 dient zum besseren Verständnis des Verfahrens der Multiplexierung für den Sonderfall der Anwendung bei einer Matrix, die aus P«Q elementaren Flüssigkristallzellen besteht.

Fig.7 zeigt eine Anzeigetafel, die aus zwei parallelen lichtdurchlässigen Platten 11 und 12 besteht, zwischen die eine dünne nematische Flüssigkristallschicht eingeführt ist. Die Innenfläche der Platte 11 trägt P lichtdurchlässige Elektroden 211, 212 ... 21P , die Spaltenelektroden genannt und in Form von in regelmäßigen Abständen liegenden parallelen Streifen angeordnet und jeweils mit einer Klemme X^, X^.·

309843/0521

verbunden sind, die Spaltenklemme genannt wird. Die Innenfläche der.Platte 12 trägt in gleicher Weise Q gleichartige Elektroden 221, 222,... 22Q, die Zeilenelektroden genannt v/erden und senkrecht zu den Spaltenelektroden angeordnet sind; jede Zeilenelektrode ist mit einer sogenannten Zeilenklemme Y^, Yg ... Y_Q verbunden. Dadurch ist am Schnittpunkt jeder Zeile und jeder Spalte eine Elementarzelle gebildet, die der in Fig.1 dargestellten Zelle gleich ist. Die Gesamtheit der auf diese Weise ge-

1 TP

bildeten P»Q Elementarzellen CJ ... Cq kann über (P· Q) Verbindungen gesteuert werden, während zwei (P -Q) Verbindungen benötigt würden, wenn die Matrix durch Nebeneinanderfügen von unabhängigen Zellen gebildet würde.

Es ist jedoch zu erkennen, daß diese Vereinfachung der Verbindungen einige Probleme hinsichtlich der Steuerung jeder Elementarzelle mit sich bringt.

Eine erste Schwierigkeit erscheint bereits, wenn man in der Matrix eine einzige Zelle ei; steuern will, die zu der Spalte M und zu der Zeile N gehört. Wahrend alle Klemmen mit Ausnahme der M-ten Spaltenklemme und der N-ten Zeilenklemme auf einem gemeinsamen Potential V_R gehalten werden, wird an die M-te Spaltenklemme eine Steuerspannung Eq angelegt, welche die entsprechende Elektrode auf das Potential V_R + E_c bringt, und an die N-te Zeilenklemme wird eine Steuerspannung -E, angelegt, welche die N-te Zeilenelektrode auf das Potential V_D - E_T bringt. An

M "

der Zelle CJJ liegt dann die Spannung E^ +'Eq₉ aber gleichzeitig liegen auch alle Zellen der M-ten Spalte an der Spannung Ep und alle Zellen der H-ten Zeile an der Spannung E_L, während der Rest der Zellen die Spannung Null hat. Eine solche Vorrichtung ist also nur dann anwendbar,

3 0 9 8 4 3/0521

wenn die für die Darstellung verwendeten Elementarzellen eine Schwellenspannung aufweisen, unter welcher kein Signal erscheint, was , wie zuvor erläutert wurde, bei den nematischen Plüssigkristallzellen der Fall ist. Wenn man dann die Spannungen E_ß und E_L so bemißt, daß sie kleiner oder gleich der Schwellenspannung sind, gibt nur die Zelle CJi ein Signal ab.

Wenn diese Bedingung des Bestehens einer Schwellenspannung erfüllt ist, tritt eine zweite Schwierigkeit auf, wenn man gleichzeitig zwei Zellen Czi und C«, der Matrix ansteuern will. Es ist nämlich zu erkennen* daß dies nicht geschehen kann, ohne daß gleichzeitig auch die Zellen C;;, und Ct: angesteuert werden, ausgenommen dann, wenn die beiden Zellen in der gleichen Spalte (M = M¹) oder in der gleichen Zeile (K = N¹) liegen.

Das Verfahren der Multiplexierung ermöglicht die Beseitigung dieser Schwierigkeit durch Ausnützung der integrierenden Eigenschaften des Auges. Dieses Verfahren besteht darin, die verschiedenen Spalten (oder die verschiedenen Zeilen) der Matrix sequentiell anzusteuern. Zu diesem Zweck wird so vorgegangensNachdem ein gemeinsames Bezugspotential V_R für die Zeilenelektroden und die Spaltenelektroden festgelegt ist, wird während eines ersten Zeitintervalls der Dauer t* die Steuerspannung E„ an die erste Spaltenelektrode 211 der Matrix angelegt, die dadurch auf das Potential v_R + E„ gebracht wird, während alle anderen Spaltenelektroden auf dem Potential V„ gehalten werden; wenn angenommen wird, daß in der ersten Spalte, die Zellen, deren Helligkeit gesteuert werden

Λ Λ Λ

soll, die Zellen C₂» C^, C_Q sind, wird während des gleichen Zeitintervalls die oteuerspannung -E. an die Zeilenelektro^ den 222, 22M, 220 angelegt, die somit auf das Potential V_R-E_L

309843/0521

gebracht werden, während die übrigen Zeilenelektroden auf dem Potential V_R gehalten werden. Dann wird während eines zweiten Zeitintervalls der gleichen Dauer t^, das auf das erste Zeitintervall folgt, die Spaltenelektrode

211 auf das gemeinsame Potential V„ zurückgebracht, und die Steuerspannung E« wird an die nächste Spaltenelektrode

212 angelegt; während dieses gleichen Zeitintervalls werden die Zeilenelektroden 222, 22H, 22Q auf das gemeinsame Potential V_R zurückgebracht, und die Zeilensteuerspannung E, wird an die Elektroden 224, 22N angelegt, wenn in der zweiten Spalte die Zellen C^ und C^ zum Aufleuchten gebracht werden sollen. In gleicher Weise wird mit allen folgenden Elektroden der Matrix verfahren, bis schließlich nach einer Zeit T = Pt^ die Spannung E--, erneut an die Spaltenelektrode 211 und die Spannung E_L an die gleichen Zeilenelektroden 222, 22M, 22Q v/ie zuvor angelegt werden. Wenn angenommen wird, daß die Anstiegszeit tj» und die Abfallzeit t^ der in jeder Zelle angewendeten optischen Erscheinung klein gegen die Zeitdauer t sind, ist zu erkennen, daß die gleiche Elementarzelle,

1
beispielsweise die Zelle Cj]₁, Lichtimpulse der Dauer t^ mit einer Folgeperiode T abgibt. Die Periode T braucht dann nur kleiner als etwa 50 mms zu sein,damit das Auge wegen der Netzhautträgheit den Eindruck hat, daß diese Elementarzelle kontinuierlich beleuchtet ist. Es ist' zu bemerken, daß es hier die Zeilenelektroden sind, welche die Steuerung des Aufleuchtens oder Erlöschens der verschiedenen Elementarzellen ermöglichen. Es ist ferner zu bemerken, daß die zwischen den Elektroden der gleichen Elementarzelle angelegte Potentialdifferenz im Verlauf einer Periode T sich zwischen drei verschiedenen Werten ändert, nämlich den Werten E«+. E^, E_L und 0, wenn diese Zelle beim sequentiellen Anlegen der Steuerspannung an

309843/0521

die zugehörige Spaltenelektrode zum Aufleuchten gebracht wird, und den Werten Ep, E, und 0 im entgegengesetzten Fall. Die Werte der Spannungen E_c und IL ( die positiv oder negativ sein können), v/erden deshalb so bemessen, daß sie kleiner als die Schwellenspannung oder gleich dieser sind.

In Fig.8 und 9 ist dargestellt, wie dieses Multiplexierverfahren bei einer sogenannten numerischen oder alphanumerischen Anzeigetafel angewendet werden kann, die von der in Fig.7 dargestellten Anzeigetafel verschieden ist.

Fig.8 zeigt eine derartige Anzeigetafel für sich allein. Entsprechend dem allgemeinen Schema von Fig.1 enthält sie eine dünne Flüssigkristallschicht 1, die zwischen zwei lichtdurchlässige Platten 11 und 12 eingefügt ist. Die Innenfläche der Platte 11 ist über ihre ganze Oberfläche mit einer zusammenhängenden Elektrode 21 bedeckt. Auf der Innenfläche der Platte 12 sind von einander unabhängige Elektroden 221, 222 ... 22Q in Form von geradlinigen Segmenten angeordnet, von denen jede mit dem ihr gegenüberliegenden Teil der Elektrode 21 und dem dazwischenliegenden Abschnitt der Flüssigkristallschicht eine Elementarzelle bildet. Je nach der Anzahl der in der Tafel vorgesehenen Segmente kann man durch Anlegen der Steuerspannung an entsprechend ausgewählte Segmente nach Belieben entweder eine Dezimalziffer anzeigen (numerische Anzeigetafel), die in Fig.8 als Beispiel für die Ziffer "2" gezeigt ist, oder zusätzlich zu den Dezimalziffern auch jeden beliebigen Buchstaben des Alphabets (alphanumerische Anzeigetafel). Es ist gebräuchlich mehrere Anzeigetafeln dieser Art nebeneinander anzuordnen, damit beispielsweise ein Zahlenwert oder eine Nachricht angezeigt werden kann.

309843/0521

Fig.9 zeigt wie es möglich ist, die Mehrfachelektroden einer solchen Gruppe von P gleichartigen Anzeigetafeln 100, 200 ... POO derart miteinander zu verbinden, daS das Multiplexierverfahren angewendet werden kann. In Fig.9 sind zum leichteren \erständnis und zur Hervorhebung der Übereinstimmung mit der in Fig.7 dargestellten Matrix die verschiedenen Segmente jeder Anzeigetafel parallel zueinander dargestellt. Die gemeinsamen Elektroden der Tafeln 100, 200... POO , also die Elektroden 211, 212 ... 21P sind jeweils mit einer unabhängigen Klemme X^, X£... Xp verbunden, und diese Klemmen X sind zur Bildung von P Spaltenklemmen zusammengefaßt. Die einander entsprechenden Segmente der verschiedenen Anzeigetafeln sind mit der gleichen Klemme verbunden, beispielsweise die P Segmente 221 mit der Klemme Y., und die Klemmen Y sind zur Bildung von Q Zeilenkleinmen Y^, Y₂ ... Yq zusammengefaßt. Man erhält somit in elektrischer Hinsicht eine Anordnung, die · in jeder Hinsicht derjenigen von Fig.7 völlig gleich ist und daher in der gleichen Weise gesteuert werden kann. Man bringt der Reihe nach jede Anzeigetafel», die einer Spalte der Matrix von Fig.7 entspricht, für eine Zeit t^ mit einer Folgeperiode T zum Aufleuchten, wobei die Ansteuerung der Segmente, die in jeder Tafel zum Aufleuchten gebracht werden sollen, also des in einer Tafel darzustellenden Zeichens durch die Zeilenklemmen bewirkt wird.

Ein wesentliches Merkmal des beschriebenen Verfahrens betrifft die Werte, die den an dieSpaltenelektroden anzulegenden Steuerspannungen E_n und an die Zeilenelektroden anzulegenden Steuer spannungen E_L zu erteilen sind. Diese Werte werden alle gleich einem gemeinsamen Viert Eg gewählt. Je nachdem, ob bei der Zelle die Eigenschaft der Doppelbrechung oder die Eigenschaft der dynamischen /Diffusion des Flüssigkristalle angewendet werden soll, ist diese Spannung E_g der eine oder der andere der beiden

309843/052 1

Schwellenwerte E^ „ oder E₂₃» ^^ie ^urch die Kurve von Fig.2 definiert sind. Diese Spannung Eg kann entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. In Fig.10 sind als Funktion der Zeit für die gleiche Zelle während des Zeitintervalls t-,, in welchem die Zelle zum Aufleuchten gebracht wird, für den Fall, daß E_g (t) eine Rechteckfunktion ist, deren Periode sehr viel kleiner als t^ ist, folgende Kurven dargestellt: Die Änderung des Potentials V-, = V_R + E„ (t) der Spaltenelektrode (Kurve a) ; die Änderung des Potentials S_L = V_R - E„(t) der Zeilenelektrode (Kurve b)j und die Potentialdifferenz V_c - V_L =2E_g (t), die an der zwischen den beiden Elektroden liegenden Flüssigkristallschicht anliegt (Kurve c). Ss ist zu erkennen, daß im Fall einer Wechselspannung das Anlegen einer Steuerspannung E_g(t) an die Spaltenelektrode und einer Steuerspannung -E_g(t) an die Zeilenelektrode daraufhinaus kommt, daß an die beiden Elektroden die gleiche Spannung, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 180° angelegt wird.

Eine derartige Multiplexieranordnung kann entweder bei einer Anzeigetafel, die aus einer Matrix von Elementarzellen gebildet ist, wie in Fig.7 dargestellt, oder bei" einer Gruppe von Anzeigetafeln mit Segmenten entsprechend derjenigen von Fig.8 sowohl bei Ausnutzung der Erscheinung der dynamischen Streuung (gemäß Fig.5) oder bei Ausnutzung der Doppelbrechung (gemäß Fig.6) angewendet werden. Je nach dem Anwendungsfall erscheint dann die anzuzeigende Graphik:

- bei dynamischer Streuung: weiß auf schwarzem Hintergrund;

- bei Doppelbrechung mit senkrecht zu den Platten orientierten Molekülen: farbig auf schwarzem Hintergrund;

309843/0521

- bei Doppelbrechung mit parallel zu den Platten orientierten Molekülen: mehr oder weniger hell als der Hintergrund, bei monochromatischem Licht und farbig auf farbigem Hintergrund bei Beleuchtung mit weißem Licht; in den beiden letzten Fällen ist es aber stets möglich, die Darstellung auf eine Graphik zurückzuführen, die farbig auf schwarzem Hintergrund erscheint, indem eine Kompensationsschicht zu der Zelle hinzugefügt wird.

Die beschriebene Verteilung der Steuerspannungen in einer Multiplexieranordnung ergibt zwar den Vorteil, daß nur kleine Spannungen benötigt werden, bringt aber verschiedene Anwendungsschwierigkeiten mit sich:

- Sie begrenzt die an die Zellen angelegte Spannung auf einen kleinen Wert; die auftretenden optischen Erscheinungen haben eine geringe Intensität ,und der Kontrast zwischen den beleuchteten Elementen und den gelöschten Elementen ist mäßig. Ferner sind die Anstiegs- und Abfallzeiten t ' und t_D der Zellen größer, als sie es bei einer stärkeren Spannung wären. ·

- Es ist zwingend erforderlich, nur nematische Flüssigkristalle anzuwenden, deren Anstiegszeiten unter den Anwendungsbedingungen kleiner als die Dauer t^ der Impulse sind; wenn nämlich diese Bedingung nicht erfüllt ist, hat der optische Effekt nicht die erforderliche Zeit, um sich vollständig während der Dauer des Impulses auszubilden; da sich ferner die Spannung an den Klemmen einer Zelle außerhalb' der mit der Periode T wiederholte Zeitintervalle t^, in denen die Zelle beleuchtet ist, zwischen den Werten Eg und 0 ändert, je nachdem, ob die Zellen der gleichen

30984-3/0521

2319U5

Zeile aufleuchten oder gelöscht werden müssen, nimmt der ¥ert des das Aufleuchten steuernden Spannungsimpulses, je nach Lage des Falles, den einen oder den anderen der beiden ¥erte E₃ und' 2Eg an; die Intensität des. optischen Effekts, die während der Dauer t-j des Impulses erreicht wird, hängt dann wesentlich davon ab, was von den Zellen der gleichen Zeile verlangt wird.

Diese Nachteile können durch die nachstehend beschriebene Ausführungsform vermieden werden, welche die Verteilung der Steuerspannungen betrifft, die bei einer Multiplexieranordnung angewendet werde} die einer Anzeigevorrichtung mit nematischen Flüssigkristallen zugeordnet ist. Wenn, wie zuvor, die Steuerspannung (Gleichspannung oder Wechselspannung), die der Reihe nach an die Spaltenelektroden angelegt wird,mit E~ bezeichnet wird, werden bei dieser Ausführungsform an die Zeilenelektroden , die denZellen entsprechen, die in der an der Steuerspannung liegenden Spalte zum Aufleuchten gebracht werden sollen, eine Steuerspannung -Ew/2 angelegt, und gleichzeitig v/ird an die anderenZeilenelektroden eine Spannung +E„/2 angelegt. Es ist also zu erkennen, daß diese Ausführungsforra darin besteht, daß für die Spaltenelektroden ein gemeinsames Bezugspotential V_R und für die Zeilenelektroden ein anderes Potential V_T= V₀ + E^/2 gewählt wird, wobei

Lt ti. O

der Reihe nach an die Spalten die Steuerspannung E« angelegt wird, (die das Spaltenpotential V_n vom Wert V_n=V₀ auf den Wert V_C=V_R+ E_c bringt), während an die Zeilen die Steuerspannung -Εγ=-Ερ angelegt wird (die das Zeilenpotential V_L vom Wert- V_L= V_R + E_c/2 auf den Wert V_L= V_R - Ε_ς/2 bringt). Man legt auf diese Weise sequentiell jeweils für ein Zeitintervall t.. an alle "erleuchteten "■ Zellen der gleichen Spalte die Spannung Vq-VjS 33EU/ 2 an* während gleichzeitig alle übrigen Zellen der Vorrichtung an eine Potentialdifferenz lV_ß - Vy = E_c/2 gelegt

309843/0521

sind. RIr den Fall, daß E_n eine Gleichspannung ist, zeigt Fig.11 die Änderung der Spannung V_c - V_L, die an die Klemmen einer Elementarzelle angelegt wird, wenn sie im Zeitpunkt t_Q vom Löschzustand in den Leuchtzustand umgeschaltet wird. Im Löschzustand liegt an den Klemmen der Zelle dauernd die Spannung V_n-V₁. = E_n/2. Vom Zeitpunkt t_Q an, in welchem die Zelle zum Aufleuchten gebracht wird, ist sie jeweils für ZeitinterAalle t>j= T/P, die sich mit der Periode T wiederholen, auf die Spannung Υ« -Vt= 3E_c/2 gebracht. Zwischen diesen Impulsen, also während der Zeitintervalle T - T^, die sich mit einer Periode T wiederholen, wird das Potential an den Klemmen der Zelle auf den Viert V_c - ?_L = Ep/2 zurückgebracht.

Diese Ausführungsform ergibt somit gegenüber der anfänglich erläuterten Ausführungsfora zwei grundsätzliche Vorteile:

- an die Klemmen aller nicht zum Aufleuchten gebrachten Zellen ist eine gleichförmige Spannung angelegt;

- an die Klemmen der zum Aufleuchten gebrachten Zellen ist eine dreimal größere Spannung angelegt.

Diese Ausführungsform kann sowohl bei einer Zellenmatrix als auch bei einer Gruppe von Segmenttafeln angewendet werden, die entweder mit Doppelbrechung oder mit dynamischer Streuung arbeiten, indem der Spannung E_n ein Wert erteilt wird, der höchstens gleich dem doppelten Wert der entsprechenden Schwellenspannung ist, nämlich der Schwellenspannung E^_s bei Doppelbrechung und der Schwellenspannung E_2S bei dynamischer Streuung. Es treten dann die gleichen Effekte der Sichtbarmachung auf, wie sie zuvor bei der anfänglichen Ausführungsform beschrieben worden sind. Da Jedoch dann die nicht erleuchteten Zellen gleich-

309843/0521

förmig an die Spannung E„ gelegt sind, hat der das Aufleuchten steuernde Impuls einen einzigen Wert 2E„, wodurch es möglich wird, mit Impulsen zu arbeiten, deren Dauer t-j kleiner als die Anstiegszeit t„ der Zelle ist.

Fig.12 zeigt, wie sich unter dieser Voraussetzung im Verlauf der Zeit T die Größe I ändert, welche die optische Erscheinung kennzeichnet, die bei einer Elementarzelle angewendet wird, welche im Zeitpunkt t = t_Q vom Löschzustand in den Leuchtzustand umgeschaltet wird. Es wird vorausgesetzt, daß der Spannung S„ der Wert 2E_g erteilt wird. Unter diesen Bedingungen ist die Zelle, die zuvor an eine Spannung gelegt war, die der Schwellenspannung E₃ gleich war, während der ganzen Zeit ihres Aufleuchtens Spannungsimpuls en der Amplitude 2Ε_σ der Dauer t^ ausgesetzt, die sich mit einer Periode T wiederholen, so daß die an eine leuchtende Zelle angelegte Spannung sich somit zwischen den Werten E₀ und 3E_Q ändert. Mit I_T wird der Wert bezeichnet, den die Größe I bei der gleichen Zelle annehmen würde, wenn diese für eine Zeit, die groß gegen die Anstiegszeit T^ ist, an die Spannung 3Eg gelegt würde. Während des ersten Impulses hat die Größe I keine Zeit, um denGrenzwert X* zu erreichen, und sie wächst bis zu einem Wert I-,, worauf sie wieder bis zu einem Wert 1'^ annimmt, da sie keine Zeit hat, um wieder auf Null zurückzukehren? beim zweiten Impuls wächst sie erneut bis 'zu dem Wert I^ um dann wieder auf den Wert I^f ₂ abzufallen. Die Zunahme 1^ - I'„ . bei dem N-ten Impuls ist umso geringer,Je näher der Vert I¹M_-1 bei dem Wert Ι_χ liegt; dagegen ist die auf den Impuls folgende Abnahme I_n- I'_n umso größer, Je näher I_n bei dem Wert 1, liegt. Der Wert von I geht dann zu einem Gleichgewichtswert I_n = k I_L ( mit k ^ 1)für :

¹N " ¹¹N-I ^{= 1}N ~

309843/0521

In erster Annäherung hängt k nur von dem Verhältnis t^/T ab, und liegt umso näher bei 1 , Je größer das Verhältnis t,./T ist. Nun war zuvor zu erkennen, daß gilt:

wobei P die Anzahl der Spalten ist, die in der Matrix im Multiplexverfahren anzusteuern sind. Man ist also hinsichtlich der Anzahl der Spalten oder Tafeln, die auf diese "Weise im Multiplexverfahren gesteuert werden können, durch die Notwendigkeit eingeschränkt, daß zur Erzielung eines ausreichenden Kontrastes dem Faktor k ein Wert gegeben werden muß, der nicht zu klein ist.

Es ist möglich, diese letzte Schwierigkeit dadurch zu umgehen, daß mit Doppelbrechung gearbeitet wird und der Spannung E_n im Rahmen der zuvor erläuterten Ausführungsform , welche die Verteilung derMultiplexierspannungen betraf ein Wert erteilt wird, der größer als der doppelte Wert der Schwellenspannung ist. Wenn'die Beleuchtung der Zellen mit monochromatischem Licht erfolgt, wird der Wert von E_n so gewählt, daß die an die Spannung E-,/2 angelegten Zellen (d.h.die nicht erleuchteten Zellen) einen Gangunterschied erzeugen, der gleich einer ganzen Zahl von Wellenlängen ist; die leuchtenden Zellen erscheinen dann sehr hell auf schwarzem Hintergrund. Es ist auch möglich, die Zellen mit weißem Licht zu "beleuchten; die leuchtenden Zellen und die gelöschtenZellen unterscheiden sich dann durch ihre Farbe, und man wählt die Spannung E_c so, daß der Kontrast zwischen den beiden Farben für das Auge am angenehmsten ist.

Es wird dann möglich, kleine Werte des Verhältnisses k durch hohe Werte der Spannung E_n. zu kompensieren, wodurch

309 8 43/0 52

es möglich wird, mit kleinen Werten des Verhältnisses t^/T zu arbeiten und die Multiplexierung bei einer größeren Zahl P von Spalten anzuwenden. Unter diesen Arbeitsbedingungen ist der maximale Gangunterschied, den die Zelle zwischen den ordentlichen Strahlen und den außerordentlichen Strahlen einführt, gleich dem Gangunterschied, den eiiB dauernd angelegte Spannung (1+2 k}E_c erzeugen würde. Unter Bezugnahme auf Fig.2 ist zu erkennen, daß der Wert der Spannung E_c so gewählt v/erden muß, daß gilt:

(1 + 2k) E_c < E₂₅

wobei E_2S für die verwendete Frequenz f der Schwellenwert ist, bei dessen Überschreiten die Erscheinungen der dynamischen Streuung oder der parametrischen Oszillationen auftreten. Es ist daher vorteilhaft, für die Multiplexierung dann eine Steuerspannung mit hoher Frequenz f zu verwenden, damit man große Spannungen Ep anwenden kann und dennoch im Bereich der Doppelbrechung des Flüssigkristalls bleibt.

Die Frequenz der Steuerspannung ist nämlich nach oben dadurch begrenzt, daß für jede Elementarzelle eine elektrische Zeitkonstante des Wertes RC besteht,wobei R der Widerstand der Spannungsleitungen zu jeder Zelle und C die Kapazität einer Elementarzelle ist; beim gegenwärtigen Stand der Technik liegt die Größenordnung dieser Grenzfrequenz bei einigen 10 kHz. Für diese Frequenzwerte ist der Grenzwert für die Spannung "B„ sehr viel mehr durch die Durchschlagspannung zwischen den Elektroden als durch den Schwellenwert Ep_ς bedingt.

309843/0521

Ein weiterer Vorteil, der mit dieser letzten Betriebsweise verbunden ist, beruht in der Verringerung der Anstiegs- und Abfallszeiten -L, und t^ der Elementarzellen. Wie zuvor bereits angegeben wurde, sind nämlich die Uferte der Zeiten t^ und t^ umso kleiner, je größer die Differenz zwischen der Steuerspannung und der Schwellenspannung ist. ...-.'

Als praktisches Beispiel sind Zelleninatrizen mit einer äquimolekularen Mischung von. JIBBA und ABBA in einer'Schicht von 7wm Dicke hergestellt worden. Die an die Elektroden angelegte Steuerspannung hatte eine Frequenz von 10 kHz. Die Zellen arbei teten im. Doppelbrechungsbereich bei Beleuchtung mit weißem Licht, wobei die Steuerspannung Ep einen Viert > von 1.2 V hatte; die "gelöschten"Zellen lieferten ein Rot der zweiten Ordnung und die "erleuchteten" Zellen ein Grün der dritten Ordnung. Die Anstiegszeiten t^ lagen in der Größenordnung vcn 2ns und die Abfallzeiten t_ß in der Größenordnung von 40 m.s; das Verhältnis k lag in der Größenordnung von 0,6. Es war dann möglich, durch . Multiplex!erung 20.Spalten simultan mit einer billigen Elektronik zu steuern.

Elemente gleicher Art, die aber an eine Steuerspannung Eq=' angelegt werden, ermöglichen eine Ilultiplexsteuerung von mehr als 100 Spalten, so daß damit auf Kosten einer aufwendigeren Elektronik flache Schirme, Bildwiedergabegeräte für die holographischen Speicher von optischen Rechengeräten usw. gebildet werden können.

Fig.13 zeigt gemäß einer weiteren Ausführungsform, wie es möglich ist, durch Übereinanderlegen von zwei Anzeigetafeln, bei denen die Erscheinung der Doppelbrechung angewendet .wird,

309843/0521

die Sichtbarmachung von graphischen Darstellungen in drei oder vier.Farben zu erhalten.

In Fig.13 beleuchtet eine polychromatische Lichtquelle mit einem durch das Objektiv 30 parallel ausgerichteten Lichtbündel die beiden Tafeln 101 und 201, die beispielsweise zwei Tafeln der in Fig.7 darstellten Art sein können, die einander völlig gleich sind und sich nur durch '.die Dicke der Flüssigkristallschicht unterscheiden. Die beiden Tafeln werden zwischen einem Polarisator 31 und einem dazu gekreuzten Analysator-32 analysiert. Die Multiplexierung kann.an den beiden Tafeln in Serie oder parallel durchgeführt werden.

Es ist auch möglich, in dem Feld des vom Objektiv 30 austretenden Lichtbündels mehrere Gruppen von auf diese Weise aufeinandergelegten Tafeln nebeneinander anzuordnen.

Fig.14 zeigt als Beispiel eine vollständige Anzeigeanordnung mit den Flüssigkristall-Anzeigetafeln, den Wählorganen für die anzuzeigenden Zeichen und der zugeordneten Steueranordnung für die Multiplexierung.3g wird angenommen, daß die P-Anzeigetafeln 100, 200...POO Tafeln mit numerischen oder alphanumerischen Segmenten der in Fig.8 gezeigten Art sind, die einander völlig gleich sind. Jede Tafel enthält:

- zv/ei Platten 111, 121; 112, 122; ... 11P, 12P, die zwischen sich eine dünne nematische Flüssigkristallschicht 100, 102 ... 10P einschließen;

- eine gemeinsame Steuerelektrode 211, 212 ... 21P, welche die ganze Oberfläche von einer der beiden Platten bedeckt;

309843/0521

- auf der anderen Platte Q getrennte Elektroden oder Segmente , wie die Elektroden 221, 222 ... 22Q auf der Tafel 200, wobei diese Elektroden lediglich zum Zweck der Vereinfachung der Zeichen hier parallel zueinander dargestellt sind.

Eine Strahlungsquelle 3 beleuchtet sämtliche Tafeln.

Die Anschlüsse der Tafeln entsprechen dem Schema von Fig.9. Die P gemeinsamen Elektroden 211, 212 ... 21P sind "jeweils mit einer getrennten Klemme X^, Xg ... Xp verbunden; diese Klemmen werden Spaltenklemmen genannt. Die einander entsprechenden Segmente aller Tafeln, beispielsweise die P Segmente 221, sind jeweils mit der gleichen Klemme verbunden, im angegebenen Fall mit uer Klemme Y^. Es gibt somit ebensoviele getrennte Zeilenklemmen , wie getrennte Segmente pro Tafel vorhanden sind, im vorliegenden Fallalso Q Zeilenklemraen.

Die von jeder Tafel anzuzeigenden Zeichen werden durch eine Tastatur 4 gewählt, deren Tastenzahl gleich der Anzahl der verschiedenen Zeichen ist, die von jeder einzelnen Tafel angezeigt werdenkönnen (beispielsweise 10 Tasten, die den ZeI=In Dezimalziffern entsprechen,'wenn es sich um numerische Tafeln der in Fig.8 gezeigten Art handelt, die durch eine geeignete Kombination der Segmente die Anzeige jeder der zehn Dezimalziffern ermöglichen). Diese Tastatur liefert zwei Arten von Signalen., nämlich einerseits ein Signal G jedesmal dann, wenn eine Taste betätigt wird, und andererseits ein binär codiertes Signal S., das für die betätigte Taste, also für das anzuzeigende Zeichen kennzeichnend ist.

309843/0521

ί- 29 -

Die zugehörige Multiplexsteueranordnung enthält einen Taktgeber 5 und einen Spannungsgenerator 6, für die Spannungen E* (t) , - E₂T(*) * ^En (t) f ^di^Q Gleichspannungen, Rechteck-Wechselspannungen usw. sein können; die Multiplexsteueranordnung enthält ferner erste und zweite elektrische Polarisationseinrichtungen, die den Zeilenklemmen bzw. den Spaltenklemmen der Anzeigetafeln zugeordnet sind und ihnen die richtigen Steuersignale liefern.

Die ersten Polarisatipnseinrichtungen bestehen aus:

- einem ersten Ringzähler 41, der am Ausgang der Tastatur angeordnet ist und die von der Tastatur gelieferten Signale G und S^ empfängt;

-" Speichern421, 422 ... 42P, deren Anzahl P gleich der Anzahl der Spaltenklemmen ist, wobei der Eingang jedes Speichers mit einem Ausgang des Ringzählers verbunden ist; . :

- einem.zweiten Ringzähler 43, der die Impulse des Taktgebers 5 empfängt und außerdem an -die Ausgänge der Speicher angeschlossen ist; .

- einem zweiten Generator 44, der einen an den Ausgang des Ringzählers 43 angeschlossenen Eingang hat und soviele Ausgänge (nämlich Q Ausgänge)hat, wie Zeilenklemmen für die Tafeln, d.h. unabhängige Segmente in ;Jeder Tafel vorhanden sind;

- einer Nahtstellenschaltung 45, die an die Q Ausgänge

des Zeichengenerators 44 angeschlossen ist und die Q Zeilenklemmen Y,j, Y₂ ... Yq steuert; diese Schaltung empfängt außerdem vom Spannungsgenerator· die Spannungen E-χ(t) und - E_2L(t), die sie zu den richtigen Zellenkleramen verteilt.

309843/0521

Die zweiten Polarisationseinrichtungen sind durch einen dritten Ringzähler 7 gebildet, der von den Impulsen des Taktgebers 5 gesteuert wird und vom Spannungsgenerator 6 die Spannung E_c(t) empfängt, die er der Reihe nach an die verschiedenen Spaltenklemmen X*, X₂ ··· Xp anlegt.

Die den Spannungen E_c(t) ,E^(t) und E_2L(t) zuvorteilenden Werte sind zuvor beschrieben worden. Es sei daran erinnert, daß man folgende Werte wählen kann:

- entweder : E_2L(t) =, E_c(t) und E-j_L(t) = Oj

- oder entsprechend der anderen Ausführungsform :

E_1L(t) = E_2L(t) = E_c(t)/2, wobei die Spannung E_c(t) entweder eine Gleichspannung E_G(t) = E_c ist oder eine Wechselspannung, beispielsweise E_c'(t) = E« sin 2rrftj im letzten Fall entspricht, wie hervorgehoben worden ist, das Anlegen der Spannung ·

■" ^L·^*^ ⁼ " ^EC ^{sin 2ττ ft} dem Anlegen der Spannung

β E_c sin (2nft + ir ).

Der Betrieb der Anzeigeanordnung soll unter der Annahme beschrieben werden, daß die Tafeln numerische Tafeln mit sieben Segmenten (Fig.8) sind, defen Anzahl 3 beträgt (P= 3)t und daß beispielsweise die Zahl "857" angezeigt werden soll. Man drückt nacheinander auf die Tasten ^fl8", "5" und "7" der Tastatur 4. Wenn die Taste "8" gedrückt wird, schickt die Tastatur 4 einen Impuls G zu dem Ringzähler 41, der dann die Tastatur mit dem Speicher 421 verbindet; anschließend gibt die Tastatur 4 eine Impulsfolge

309843/0521

ab, die das Signal Sg bildet, das im Binärsystem die Ziffer "8" darstellt; diese Impulse werden in dem Speicher aufgezeichnet. Anschließend wird die Taste ^W5" gedrückt, wobei der Impuls G die Tastatur mit dem Speicher 422 verbindet, in welchem die Ziffer "5" aufgezeichnet wird. In gleicher Weise speichert der Speicher 423 die Ziffer «7"^N. '

Der Taktgeber 7 steuert gleichzeitig die Ringzähler und 7, zu denen er Impulse schickt, die in Zeitintervallen t,j aufeinanderfolgen. Nach einer Zeit T = 3t^ ist jeder Zähler in seinen Anfangszustand zurückgekehrt. Bei dem Impuls des Ranges P legt der Zahler 7 die Steuerspannung E-,(t) an die Klemme X₁ an, die somit für die Dauer t^ auf das Potential V_n+ E_nCt) gebracht wird, während die Klemmen X₂ und X, auf dem Potential.V_R gehalten werden. Gleichzeitig bringt der Zähler 43 den Speicher mit dem Zeichengenerator 44 in Verbindung. Der Zeichengenerator steuert auf Grund des vom Speicher kommenden codierten Signals die Nahtstellenschaltung 45, welche vom Spannungsgenerator 6 die Spannungen E^,(t) und -E₂T₁(^) empfängt und die Spannung -E₂T (t) an die Zeilenklemmen anlegt, die mit den Segmenten verbunden sind, die in der ersten Tafel 100 zur Bildung der Ziffer zum Aufleuchten gebracht werden müssen, während sie an die übrigen Zeilenklemmen die Spannung E^_L(t) anlegt. Die die Ziffer ^8" beildenden Segmente werden somit für eine Dauer t^ in der ersten Tafel zum Aufleuchten gebracht, während die übrigen Tafeln nur gelöschte Segmente enthalten. Der vom Taktgeber gelieferte Impuls p+1 schaltet durch den Zähler 7 den Spannungsgenerator 6 von der Klemme X^ auf die Klemme X₂ um, und über den Zähler den Zeichengenerator 44 vom Speicher 421 auf den Speicher 422.

309843/0521

Dann sind die erste und die dritte Tafel gelöscht, und die zweite Tafel 200 zeigt die Ziffer "5" für eine Dauer t^ an. Der Impuls p+2 "bringt seinerseits die Ziffer "7" auf der dritten Tafel 300 zum Aufleuchten. Die Folge beginnt erneut mit dem Impuls p+3, der -wieder die erste Tafel zum Aufleuchten bringt, usw. Jede der drei Tafeln wird somit der Reihe nach für die Zeit t^ zum Aufleuchten gebracht und für die Zeit 2t,, gelöscht. Wenn die Periode 3t,, kleiner als 50 ms ist, sieht das Auge des Beobachters infolge der Netzhautträgheit dauernd die Zahl "857" auf der Anzeigevorrichtung. Zur Änderung der angezeigten Zahl braucht nur der Inhalt der Speicher durch Betätigung der Tastatur 4' geändert zu werden.

Patentansprüche

309843/0521

Claims

Patentansprüche

Elektrisch gesteuerte Anzeigevorrichtung, bei der ein nematischer Flüssigkristall verv/endet wird, mit wenigstens einemPlattenpaar, das eine dünne Schicht des Flüssigkristalls einschließt, Elektroden zur elektrischen Polarisation der Schicht' in der Querrichtung, Beleuchtungseinrichtungen für die Schicht,P Spaltenklemmen und Q Zeilenklemmen (P,Q = ganze Zahlen>1), von denen jede Klemme mit wenigstens einer Elektrode verbunden ist, ersten elektrischen Polarisationseinrichtungen, die mit den Zeilenklemmen verbunden sind, und mit zweiten elektrischen Polarisationseinrichtungen, die mit den SpalteiÄlemmen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn Y_R ein Bezugspotential ist und E_n(t)_t E^_5xCt) und 1^_T (t)

W Bis iijUI

Spannungen sind_s die sich als Funktion aer Zeit t seitlich ändern können und Maximalwerte "B_n, IL_T bzw«, Ε_οϊ aufweisen-j die zweiten Polarisstionseinrichtungen die Spannung E-,(t) nacheinander an ^eae der P Spaltenklemmen mit einer Folgeperiode T für eine Zeitdauer t«, anlegen, die die Dauer TsP nicht überschreitet, damit das Potential dieser Klemmen periodisch mit der Folgeperiode jeweils für die Dauer dieses Zeitintervalls von dem Viert V_R auf den Wert Y_R + E_c(t) gebracht wird_f und da0 die ersten Polarisationseinrichtungen gleichzeitig an jede Zeilenklemme die eine oder die andere von surei Spannungen .

^E<iL^' -S_2L(t) anlegen, damit das Potential der betreffenden Zeiienklemme auf den @iner* oder den anderen von zwei Werten Y_n + Έ*- (t) und T_r< - EwCt) gebracht wird? wobei -jede Änderung zwischen diesen ¥ertea synchron mit dein Anlege;:, der- Spannung IUCt) φζ. <βϊϊμ d©^ SpaltenKlemmen erfolgt*
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1,- dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen E_c(t)y E^₁Ct), Ep₁Ct) Gleichspannungen mit den Werten E_c, E^ bzw. Egr sind.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Spannungen E_c(t), E_1L(t), E₂^Ct) Wechselspannungen gleicher Frequenz und gleicher Phase mit der Amplitude E_c, bzw. EgT sind.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenform der Wechselspannungen rechteckig ist.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Maximalwerte E«.f und Epr gleiche Werte haben, die entweder 0 sind oder dem Maximalwert l_c entsprechen. -
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalwerte E_4T und E₀* gleich der Hälfte des Maximalwerts E„ sind.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalwerte E^ _T und E_OT sowie die Differenz B_n-

lli eilt'- w

zwischen den Maximalwerten B_n und E_4T höchstens gleich dem Wert der Schwellenspannung gewählt sind, bei deren überschreiten die Erscheinung der dynamischen Streuung in dem Flüssigkristall auftritt.
8. Anzeigevorrichtung nach'Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß. die Beleuchtungseinrichtungen ein polarisiertes Licht abgeben, und daß Polarisations-Analysatoreinrichtungen so angeordnet sind, daß.sie - das'aus der Flüssigkristallschicht austretende Licht empfangen«,
9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,' daß die Maximalwerte E*· ₈ EgT sowie die "Differenz E«- E^-

3098437052t

zwischen den Maximalwerten E_c und E^, höchstens gleich dein Wert der Schwellenspannung gewählt sind, bei deren Überschreiten die Erscheinung der Doppeibrechnung in dem Flüssigkristall auftritt.
10· Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden auf jeder Platte in Form von parallelen Streifen angebracht sind, und daß die Streifen von zwei zum gleichen Paar gehörenden Platten senkrecht zueinander liegen.
11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere nebeneinanderliegende Plattenpaare enthält, daß eine Platte jedes Paares mit einer einzigen Elektrode überzogen ist, und daß die andere Platte mehrere Elektroden in Form von Segmenten aufweist, deren Kombination die Anzeige von verschiedenen graphischen Figuren ermöglicht.
12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch wenigstens zwei übereinanderliegende Plattenpaare, wobei auf jeder Platte wenigstens eine Elektrode angeordnet ist.

309843/0521