DE2339426A1

DE2339426A1 - Elektro-optische anzeigeeinrichtung mit einer fluessigkristall-zusammensetzung

Info

Publication number: DE2339426A1
Application number: DE19732339426
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yamazaki
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1972-08-03
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1974-02-14
Also published as: FR2195380A5; CH586914A5; CH1131673A4; GB1408966A; JPS4935050A; CH598644B5

Description

Di;,!-Ing. Heinz Lesser. Pctenlonwclt D-8 Μι-..chw Sl, Cosi.rcsi^C- PI · Teiefsn; (0511) 9S 33 30

KABUSHIKI ΚΑΙΞΗΑ SUWA SEIKOSHA .2339426

3-4, 4-chome, Ginza, Chuo-ku L 10,05?

Tokyo / Japan Fl/krn

Elektro-optische Anzeigeeinrichtung mit einer Flüssigkristall-Zusammensetzung

Die Erfindung .bezieht sich auf eine elektro-optische Anzeigeeinrichtung mit einer Flüssigkristali-ZusammenüHtzung, die einen nematischen Flüssigkristall-Typ positiver dielektrischer-Anisotropie um-faßt, mit zwei transparenten Elektroden zur Ausrichtung und abgeschlossenen Aufnahme dar Flüssigkristall-Zusammensetzung zwischen sich, mit elektrischen Einrichtungen zur wahlweisen Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und mit zwei Polarisatoren, die jeweils einer der Elektroden zugeordnet sind.

Flüssigkristalle, wurden lange Zeit als Substanzen erforscht, die die Beweglichkeit einer Flüssigkeit und das optischa Anisotropieverhalttän eines festen Stoffes aufweisen. Weiter wurde bei diesen Flüssigkristallen beobachtet, deß sie als Anzeigeelements niedrigen Energiebedarfs dienen können, wenn man die Abhängigkeit ihres physikalischen Verhaltens von sineir. elektri- j sehen Feld, einem magnetischen Feld und dergleichen ausnutzt. Das Prinzip der Flüssigkristallanzeige läßt sich wie folgt unterteilen:

1. Die Anzeige unter Ausnutzung der Lichtstreuung gemäß dem zerstörungsfreien Störungs-Phänomen im nematischen Flüspigkristallbereich, das durch in dem Flüssigkristall-Meterial

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BAD

Dlpl.-Ing. Heini Lesser, Poientor.wali D— 8 MGnciie-i 81, Cosiir.os:io??ö 81 · Teisfcn: (0311) 95 33 20

bswegliche Ionen verursacht wird.

2. Die Anzeige unter Ausnutzung der optischen Reaktion (Schwin!- gungsverhalten) des Lichtes gemäß der Ausrichtung des Flüssigkritallmoleküls in Verbindung mit einem Polarisator-

Die Flüssigkristall-Zusammensetzung, die unter 1. in Anwendung gebracht wird,- hat eine nsgative dielektrische Anisotropie. Die Flüssigkristall -Zusammensetzung, die unter 2. verwendet wird, hut eine positive dielektrische Anisotropie.

Flüssigkristalle sind in drei Arten unterteilt, den smektischeri, den cholesterischen und den rernatischen Typ.

Weiterhin sind nematische Flu^si.gkristell-Schichten, wie sie bei .der elektro-optischen Anzeige zur Anwendung kommen, klassifiziert in solch? von positiver dielektrischer Anisotropie und solche von negativer dielektrischer Anisotropie. In der nematischen Fiüssigkx^istall-Schicht von positiver dielektrischer Anisotropia iat die Polarisierung im Flüssigkristallmolekül identisch mit der Richtung der Makroaclis.3 des Mcleküls, die Richtung des Dipolmcments ist parallel zu der Richtung dar Makroachse des Moleküls. In der nematischen Flüssigkristallschicht von negativer dielektrischer Anisotropie stuht die Richtung des Dipolmomentes in einem rechten Winkel zu der Makroachsa des Moleküls.

Wie bereits erwähnt, geht die Erfindung aus von einer Anzeigeeinrichtung, bei der sind Polarisierung kombiniert wird mit der optischen Reaktion entsprechend der Orientierung der Flüssigkristall-Zusammensetzung, die einen Flüssigkristall positiver dielektrischer Anisotropie aufweist. Wie später noch ausgeführt werden wird, leiden solche Anzeigeeinrichtungen grundsätzlich darunter, daß die Lebensdauer der Flüssigkristal

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BAD ORIGINAL

l.-tog. Heim Lasser, Pcic-nt-inwa't

D — 8 MCrchen 81, Cowmost'oße 81 · Tr.Hon: (0811) 55 3S 20

schicht für praktische Zwacke zu niedrig ist. Es gibt eine Reihe schädlicher Einflüsse, wie Feuchtigkeit, Verunreinigungen usw., die zur, schnellen Zerstörung der Flüssigkristall-Schicht führen.

Mit der Erfindung soll ein weiterer solcher schädlicher Ein- | fluss ausgeschaltet werden; es wurde nämlich festgestellt, daß die Flüssigkristall-Schicht durch Absorption von Licht bestimmter Wellenlänge beeinträchtigt wird.

Um diesen schädlichen Einfluss auszuschalten, ist die ei—

findungsgemäße Anzeigeeinrichtung mit einem Filter versehen, I

das Licht solcher Wellenlänge, die von der Flüssigkristall- j

Schicht absorbierbar ist, fernhält. Dieses Fernhalten kann j

durch Reflektion oder durch Absorption dieses lichtes gesche-j

hen. ' i

In bevorzugter Ausführung wird das von den Flüssigkrictollrnolekülen absorbierbare Licht da'durch ferngehalten, daß wenigstens eine der beiden Elektx'oden als Filter ausgebildet ist. Dabei können beide Elektroden als Polarisatoren ausgebi lclst sein.

im folgenden wird das im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Anzeigeprinzip, d.h. die Anzeige durch die Kombinationswirkung eines Polarisators und der optischen Aktivität des Lichtes entsprechend der Ausrichtung der Flüssigkristall· Moleküle, näher erläutert.

Zur Bildung der nandwichartigsn Anordnung von zwei durchsichtigen Elektroden mit dazwischen liegender Flüssigkristallschicht geht man zunächst so vor, daß die Oberflächen der durchsichtigen Elektroden r-infach gegeneinander gerieben mit Gaze, Baumwolltuch, saugfähiger Baumwolle etc.

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!■;

Di[ ;.-lng. H-inz Lesser, P'ti?rtaPAa''t D ·-8 München 81, CosIt-OsI-cGc Si · lr-itfon: (0Π";} 55 Si 20

Es kann auch ein extrem dünner Film eines makromolekularen Alkohols, wie büispielsweise Polyvenyl-Alkohol, aufgebrächt werden. Die Elektroden erhalten auf diese Weise eine Orientierungswirkung auf die Flüssigkristall-Floleküle. Die die Flüssigkristail-Schicht zwischen sich aufnehmenden Elektroden werden nun derart gegeneinander ausgerichtet, daB die Richtungen, die durch das Reiben der Elektrodenoberflächen gegeben sind, in renhce^r.i Kinkel zueinander stehen. In diesem Zustand wird die nematische Flüssigkristallschicht zwischen den Elektroden eingesiegelt. Die Flüssigkristall-Moleküle der so eingesiegel ten Schicht werden kontinuierlich verdreht rechtwinkelig zu den Elektroden ausgerichtet und besitzen ein Drehungsvermögen rechtwinklig zum einfallenden Licht. Bringt man eine selche Flüssigkristall-Zelle mit Molekülen dieses Drehungsvermogens zwischen zwei polarisierenden Sahich ten an, so wird das einfallende Licht durch das Drehungsvermögen übertragen, wenn, die polarisierenden Filter rechtwinklig zueinander orientiert sind. Werden die polarisierenden Filter dagegen parallel orientiert, so wird das einfallende Licht abgehalten.

Legt man nun sine elekcrische Spannung an die oberseitig und unterseitig der Flüssigkristall-Schicht vorgesehenen Elektroden, baut man also ein elektrisches Feld zwischen diesen Elektroden auf, α ο stellt sich die Makroachse der nematischen Flüssigkristal]-Zusammensetzung positiver dielektrischer Anisotropie, die sich zwischen den beiden Elektroden befindet, parallel zu dem elektrischen Feld ein, wodurch das Doppelbrechungsvermögen verloren geht. Entsprechend erhält die nematische Flüssigkristall-Zusammensetzung den optischen Charakter einer isotropen Flüssigkeit und verliert das Drehungsvex^mögen.

Wendet man dieses Prinzip an und gestaltet man - beispiels-

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Oipt.-Ιης. H<-inz Ujs-ir, Poieni-vivd·. D —8 t-.*j^.c!ien öl, Co^'vw'.oGo ?1 · T^Uor.: (CS11) 95 3f ?0

»J I

weise mit Hilfe der Foto-Ätzmethode - transparente Elektroden

j derart aus, daß sie, beispielsweise aus sieben SEgmentcn» Anzei-j gesymbole, wie Ziffern und Buchstaben, bilden, so kann man j mit Hilfe einer Flüssigkristall-Schicht gezielte Anzeigen ' elektro-optisch wiedergeben. j

i Wip bereits vorstehend erwähnt, ergeben sich bei solchen An- ' Zeigevorrichtungen mit Flüssigkristall-Zusammensetzungen eine Reihe von Schwierigkeiten,da Mängel hinsichtlich der Lebensdau-j nr auftreten. Vor allem da hier die Flüssigki'istall-Schioht · fast ohne Ausnahme aus organischen Verbindungen einer bestimm- ι ten Art. bestehen, geht man davon aus, daß es äußerst schwierig 3s^, die Anzeigefunktion durch Aufbringen eines elektrischen Feldes auf einen dünnen Film einer solchen Flüssigkristall -

I Zusammensetzung zu errnichen. Die Alterungserscheinungen über j einen längeren Zeitraum hinweg werden allgemein als βϊη solches! Proülem angesehen, daß Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen j noch keinen Eingang in die Praxis gefunden haben. Als Hauptur- ι Sc'chsn für die Beeinträchtigung der Flüssigkristall-Schioht werf den Feuchtigkeit und Unreinheiten, die in der Flüssigkristall- · Zusammensetzung enthalten sind, angesehen. Man ist entsprechend bemüht, die Flüssigkristall-Zusammensetzung so rein wie möglich

zu halten bzw. die sie aufnehmende Zelle zu säubern und im übrij gen air.B perfekte Abdichtung anzustreben. J

Naben diesen Schwierigkeiten besteht die weitere Beeintraciiti- J gung, daß organische Verbindungen grundsätzlich zu Veränderun- j gen neigen, falls sie Licht bestimmter Wellenlänge absorbieren.! Dieser schlechte Einfluß wird erfindungsgemäß verhindert, in den die Anzeigeeinrichtung mit einem entsprechenden Lichtfilter.versehen wird, der das Licht dieser Wallenlänge selbst absorbiert j nder reflektiert. Diese Maßnahme erweist sich insbesondere bei solchen Gegenständen von besonderem Vorteil, die häufig im Fraien verwendet werden, wie dies z.B. bei einer Armbanduhr der Fall ist, für die die erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung

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D>!.-!r.;j. Heinz Lesser, Patent·,-ΛναΊ D--8 München SI, Cosimcrt'ctfe 81 · l-lefon: (0811) 95 3S 20

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vorgesehen werden kann.

Es folgt3H klassifizierte Beispiele konkreter Flüssigkristall-Verbindungen, wie sie zur Zeit verwendet werden:

1. Flüssigkristall-Zusammensetzungen Schiff scher Art

fP-cyanotenzylidsn P'-n-octyloxyanilin 2 Teile

Beispiel -j P-mathoxybenzyliden P'-n-butylani lin 5 Teile

^-P-ethoxybenxyliden P ' -n-buty !anilin 3 Teile

2. Flussigkristall-ZusammerisBtzungen vom Azoxy-Typ

'P-ethoxyphenylazoxy P'-phenylbutan 4 Teile

Beispiel 1 " P-methoxyphenylazoxy P'-phenylbutan 4 Teile

.P-methoxyphenylazoxy P'-benzonitri1 2 Teile

^P-ethoxyphanylazoxy P'-phenylbutan 4 Teile

Beispiel 2 <P-methoxyphenylszoxy P'-phenylbutan 4 Teile

VP-cyanobenzyliuep P'n-butylanilin 2 Teile

3. Flüüsigkristal lzusemmonstitzungen vom Azo-Typ

{P-methoxyphenylazo P'-phenylbutan 4 Tyile

P-ethoxypheny3azD P'-phenylbutan 4 Teile

P-octyloxyphenylazo P'-benzonitril 2 Teile

,4. FiüssiCTkristall-Zusammpnsetzungen vom Ester-Typ

Ro (cT> D-C- <O^>C = N
Beispiel 0 Mischung

Ro C G > 0 - C -

ft

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üipl.-ing. Heinz Lesvet, Poieotomvcll Π —fc function £1, CosimcsVoS« SI · Telefon: (GS11) 95 33 20

Dies sind nur einige Beispiele. Die nematischen Flüssigkristall-Zusammensetzungen solcher verschiedener Arten haben Charökteristika der Absnprtion von sichtbarem Licht bis zu ultraviolettem Licht.

Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung zeigt ein Diagramm der Durchlässigkeit über der Wellenlänge von 3 Arten von Flüssigkristall-Zusammensetzungen j

Fig. 2 zeigt oine teilweise sufgebrochene perspektivische .Prinzipriarstellung eines Aus-führungsbeispieles gemäß eier Erfindung.

Fig. 1 verdeutlicht das Verhalten verschiedener FlüssigKri-· stall-Z.usammen3etzungen hinsichtlich der Absorption von Licht zwischen dem sichtbaren Beraich und dem ultravioletten Bereich . Die Kurve 1 zeigt das spekbrale Verhalten einer Flüssigkristall-Zusammensetzung Schiff scher Art, die das Licht unterhalb einer Wellenlänge von etwa 450 χημ. (nm) absorbiert. Die Kurve 2 zeigt das spektrale Verhalten einer Flüssigkristall-Zusammensetzung vom Azoxy-Typ, die Licht unterhalb einer Wellenlänge von etwa 470 mjx. absorbiert. Fig. 3 schließlich zeigt die spektralen i'ierkmale einer Flüssigkristall-Zusammensetzung vom Azo-Typ, die Licht unterhalb einer Wellenlänge von ca. 550 mi<_ absorbiert.

Das absorbierte Licht übt einen schlechten Einfluss auf die Flüssigkristallverbindi<ng aus. Genauer gesagt, wir die WiderstandnfShigkeit (Impedanz) der Flüssigkristallverbindung herabgesetzt ι es werden ständig Blasen durch Zerfall gebildet usw., was" schließlich zu tödlichen Mengen führt.

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Erfindungsgemäß wird ein Filter zur Absorption des Lichtes entsprechend den spektralen Charakteristi Ken jeder Art der Flüssigkristall-Zurammensetzungeη.

Das schematisch wiedergesehene Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 zeigt zwei Elektroden 5 und 5', die auf ihren einander zugewandten Innenseiten, beispielsweise du^ch Reiben, entsprechend vorbehandelt sind. Zwischen diesen Innenseiten der transparenten Elektroden 5 und 5' befindet'sich die nematische Flüssigkristall-Schicht 7, die durch einsn isolierenden Abstandshalter 6 eingefaßt und gegenüber der Außenwelt abgedichtet: ist* In diesem Zuntenu stellt sich die etwa senkrechte Orientierung zu den Elektroden ein. An dc?r Oberseite und der Unterseite der so gebildeten Flüssi^kristall-Zelle sind polarisierende Filter 4 und 4' vorgesehen. Über entsprechende Anschlußürähte sind die Elektroden 5 und iS'

mit HiJfe eines Schalters 8 an eine Spannungsqueilo 9 arischließbar. Bei einer Anzeigeeinrichtung mit einem nol Aufbau läßt sich eis ζρrstoTeπde Wirkung von einfallendem Licht bestimmter Wellenlänge dadurch vermeiden- daß man wenigstens eine der beiden transparenten Elektroden 5 cder 5' - im allgemeinen die frontseibige Elektrode - mit einem Filterglas ausrüstet, das Licht der¹ schädlichen, von dsm verwen-j deten Flüssigkristall absorbierbarsn Wellenlänge absorbiert.

Andererseits kann man auch einen neuerlich vorzusehenden Filter an der Frontseite der Anzeigeeinrichtung, das ist die-j jenige, auf der das Licht 10 einfällt, anbringen, welche Licht der in Frage stehenden schädlichen Wellenlänge absorbiert.

Wie verstehend erwähnt, kann das sichtbare oder ultraviolette;

Licht, das den in Frage stehenden organischen Verbindungen schadet, am Eintritt in diese durch ein Filter verhindert werden, das das LIcnt solcher Wellenlänge absorbiert, das von der Flüssigkristall-Schicht der Anzeigeeinrichtung ab-

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BAD ORiGINAL

Di;'.-!i;g. Heiru Lewcr, Pcitentonwoii 0 ~ 8 Mriidur· Sl, Ca^nryi-c^ f. · lc'<^-,\ (C£11J Sa Γϋ 50

sorbierbar ist, welch letztere von der optischen Reaktion Bines nematischen Flüssigkristalls positiver dielektrischer Anisotropie Gebrauch macht. Dies trägt erheblich dazu bei, Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen der praktischen Verwendung zuzuführen. j

Erfindungsgernäß ausgerüstete Flüssigkristall-Arizeigeeinrichtungen künnan bei Armbanduhren, bei Tisch-uhren, bei kompakten und transportfähigen elektronischen Tischrechnern, bei PH-Fiessern, Digital-Volt.-natern und dergleichen Verwendung finden. Sis sind, insbesondere unentbehrlich für solche Geräte, die i^rn Freien verwandet werden.

4 f.; y >ί ': / / ,i ij UJ

•Γ../:·.ν;·νη CA-3

Claims

Hsinz Lissei, Foientiin-v_ö.« D - 8 ϊ/*-·ϊ-ϊ '■ Si, CcK^-i:.;h 'si · Tocx-i: ;C«11) 55 3i 1:0

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PATENTANSPRÜCHE

(1. felGktro-optische Anzeigeeinrichtung mit einer Flüssigkristall-Zusammensetzung, die einen nematischen Flüssigkristall-Typ positiver dielektrischer Anisotropie umfaßt, mit zwei transparenten Elektroden zur Ausrichtung und abgeschlossenen Aufnahme der Flüssigkristall-Zusammensetzung zwischen sich, mit elektrischen Einrichtungen zur wahlweissn Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und mit zwei Polarisatoren, die jeweils einer der Elektroden zugeordnet sind, dadurch gekenrizeichnet, da3 ein Filter (5, 5¹} zur Zurückhaltung von Licht solcher Wellpnlelnge vorgesehen ist, das von dsr Flüssigkristall-Schicht (7) ab bier-bar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens e
(5, 5') als Filter ausgebildet ist.

zeichnet , daß wenigstens eins dar beiden Elektroden !
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der beiden Elektroden als Polarisator ausgebildet ist.
4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, d a c u r c h gekennzeichnet, daß beide Ellektrc dan als Pulari-j satoren und wenigstens eins Elektrode zugleich ils Filter ausgebildet ist.

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