DE2351535A1

DE2351535A1 - Steuerbare fluessigkristall-anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2351535A1
Application number: DE19732351535
Authority: DE
Inventors: Peter J Wild
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1975-04-03
Also published as: NL7412633A; FR2246008A1; FR2246008B1; JPS5062055A; AT345909B; US3963312A; DE2351535B2; GB1485306A; JPS5416421B2; ATA650274A; CH564206A5; HK72379A; DE2351535C3

Description

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BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

.Steuerbare Flussigkristall-.Anze.ige.vor.richt.ung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einem flüssigen Kristall, der zwischen durchsichtigen, auf zwei ebenen Flächen aufgebrachten Elektroden, zwischen einer ersten lichtdurchlässigen und einer zweiten Trägerplatte sowie zwischen einem ersten und einem mit einem Reflektor kombinierten zweiten Polarisator angeordnet ist.

Aus der DOS 2 158 563 sind solche steuerbaren Flüssigkristalle Anzeigevorrichtungen bereits bekannt.

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Hierbei muss das einfallende Licht zweimal die Polarisatoren, die Trägerplatten und den flüssigen Kristall durchlaufen. Die Intensität des austretenden Lichtes ist deshalb in Hellstellung (Durchlassrichtungen beider Polarisatoren bei Verwendung eines nematischen flüssigen Kristalles mit einer 90°- Schraubenstruktur senkrecht zueinander) erheblich schwächer als diejenige des eintretenden nicht polarisierten Lichtes. Mit den üblichen Linearpolarisatoren ist jedoch keine beliebig grosse Durchlässigkeit zu erreichen, da auch im Idealfall nur Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung durchgelassen wird» wohingegen der Polarisator das Licht anderer Schwingungsrichtungen absorbiert. Bei den kommerziell erhältlichen Polarisatoren zeigen Polarisatoren mit höchster Durchlässigkeit die geringste Löschung, wobei unter Löschung das Verhältnis der Intensität des durch ein Polarisatorpaar mit parallelen Achsen tretenden Lichtes zu derjenigen, die durch ein Polarisatorpaar mit gekreuzten Achsen tritt, verstanden sein soll. Bei ungünstigen Beleuchtungsverhältnissen kann daher die Ablesung einer in Reflexion betriebenen Flüssigkri-Stall-Anzeigevorrichtung beträchtlich erschwert werden.

Beispielsweise weist der kommerzielle Polarisator Polaroid HN 42 für unpolarisiert einfallendes Licht eine Durchlässig" keit von 35 % für zwei Polarisatoren in Hellstellung auf und

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eine maximal erreichbare Löschung von 1 : 70 auf. Bei einer Anzeige mit hellem Hintergrund ist demnach die Helligkeit des Hintergrundes veniger als 35 % des einfallenden Lichtes, weil der Reflektor zur Verhinderung von unerwünschten Spiegelungen der Lichtquelle oft lichtstreuend gemacht wird und das Licht nach dem Zurückrefiektieren die Anzeige nochmals durchlaufen mu3s. Bei geringer ümgebungsbeleuchtung ist .das Ablesen der Anzeige aus diesem Grunde schwierig, obschon der Kontrast zwischen den elektrisch angesteuerten Zeichen und dem Hintergrund ausreichend wäre. Eine Verbesserung der Ablesbarkeit durch Aufhellung des Hintergrundes ist durch ein Polarisatorpaar Polaroid HN 55 erreichbar, jedoch wird hierbei der Kontrast wesentlich verschlechtert.

Εε ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu schaffen, welche sowohl einen guten Kontrast zwischen Hintergrund und angezeigten Zeichen als auch eine ausreichende' Helligkeit des Hintergrundes aufweist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Polarisatoren so beschaffen sind, dass der erste Polarisator in Kombination mit einem weiteren Polarisator gleichen Typs ein hohes Löschvermögen und der zweite Polarisator in Kombination mit einem weiteren Polarisator gleichen

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Typs ein dazu vergleichsweise niedriges Löschvermögen aufweist und der Reflektor nicht oder nur gering lichtstreuend ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand von Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsieht auf einen Schnitt durch die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.

In Fig. 1 stellt die Bezugszahl 1 einen nematischen flüssigen Kristall dar, dessen Molekülgruppen 2 durch geeignete Oberflächenbearbeitung der Trägerplatten 5,6 und der darauf aufgebrachten durchsichtigen Elektroden 3,4 in einer 90°- Schraubenstruktur orientiert sind. Zwei gegeneinander um 90 verdrehte Polarisatoren 7»8 und ein Reflektor 9 ergänzen die an einer Spannungsquelle 10 liegende Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. 11 stellt eine Lichtquelle dar, von der Licht auf das Anzeigeelement fällt und 13 einen Betrachter, der das an der Anzeigevorrichtung reflektierte Licht Ik wahrnimmt. ist die Dielektrizitätskonstante entlang der Längsachse

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der Molekülgruppen 2, 2-j_ die dazu senkrechte Dielektrizitätskonstante.

In Analogie zu der in der DOS 2 I58 563 beschriebenen Flüssigkristallanzeige bewirkt die 90 -Schraubenstruktur der Plüssigkristallschicht 1 eine Verdrehung der Schwingungsebene des durch den vorderen Polarisator 7 linear polarisiert einfallenden Lichtes um 90° und lässt der hintere als Analysator wirkende Polarisator 8 daher bei der in Pig. I angedeuteten Stellung, also wenn die Polarisatoren 7 und 8 gekreuzt zueinander stehen, maximale Lichtintensität durchtreten. Das durch den Reflektor 9 zurückgeworfene Licht passiert nun in umgekehrter Richtung Polarisator 8, Trägerplatte 6, Elektrodenschicht 4, Flüssigkristall 1, Elektrodenschicht 3» Trägerplatte 5 und Polarisator 7 und gelangt zum Betrachter 13, der maximale Helligkeit auf der Anzeigevorrichtung wahrnimmt.

Weisen nun die Plüssigkristallmolekülgruppen 2 eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante auf, d.h. ist £_t| grosser Cj_ , so bewirkt das durch Anlegen einer genügend hohen elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 3,4 aufgebaute elektrische PeId₉ wie in Fig. 1 strichliert angedeutet ist, ein weitgehendes Ausrichten der Flüssigkrisfallmole-

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külgruppen 2 in Feldrichtung E, wodurch die optische Aktivität der Flüssigkristallschicht 1 weitgehend verloren geht und der Betrachter in diesem Zustand eine wesentlich geringere Helligkeit der Anzeigevorrichtung nach Fig. 1 als im spannungslosen Zustand wahrnimmt. Wird daher nur an bestimmte beispielsweise ziffernförmige Teile der Elektroden 3,4 elektrische Spannung gelegt, so wird ein Betrachter dunkle Ziffern auf hellem Grund wahrnehmen, deren Lesbarkeit die Er^- findung durch die Auswahl geeigneter Polarisatoren 7,8 und Reflektoren 9 erheblich verbessert.

Selbstverständlich können erster und zweiter Polarisator 7_S8 auch gleichgerichtet sein, wodurch eine Darstellung von hellen, aktivierten Zeichen auf dunklem Hintergrund möglich ist.

Der Reflektor 9 von Fig. 1 besteht nach der Erfindung beispielsweise aus einer Aluminiumfolie, welche auf der Anzeigeseite leicht aufgerauht und somit etwas lichtstreuend ist. Solch einen Reflektor 9 erhält man etwa durch einseitiges Bürsten und nachfolgendes Eloxieren einer blanken Aluminiumfolie. Seine nur wenig aufgerauhte Oberfläche reflektiert kollimiert einfallendes Licht hauptsächlich in einem engen Winkelbereich, der symmetrisch zu dem für ideale Spiegel definierten Reflexionswinkel liegt. Als Kriterium für das

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Mass der Aufrauhung gilt hierbei, dass die Reflektoroberfläche nur so stark aufgerauht werden darf, dass die Licht*- quelle 11 gerade nicht mehr spiegelnd reflektiert wird.

Bei einer anderen Anordnung nach der Erfindung wird eine blanke, spiegelnde Aluminiumfolie in Kombination mit dem betrachterseitig aufgerauhten Polarisator 7 verwendet«, Der erste Polarisator 7 ist z.B. ein kommerzieller Polarisator vom Typ Polaroid HN 42, mit einer Durchlässigkeit von 35 % für zwei Polarisatoren in Hellstellung (parallele Achjsen) und einer von 0,5 % in Dunkelstellung (gekreuzte Achsen), ermöglicht also einen maximalen Kontrast bei Durchlichtbetrieb von 1 : 70. Der zweite Polarisator 8 ist ein kommerzieller Polarisator vom Typ Polaroid HN 55 mit einer Durchlässigkeit von 45 % in Hellstellung und 22 % in Dunkelstellung _a ermöglicht also einem maximalen Kontrast bei Durchlichtbetrieb von 1:2.·

Bei dieser Anordnung der Polarisatoren 7_S8 in der Anzeigevorrichtung erhält man einen Hintergrund, der wesentlich heller ist. als der durch zwei gleichartige Polarisatoren des Typs Polaroid HN 42 erhaltene und einen Kontrast, der gegenüber dem durch zwei Polarisatoren des Typs Polaroid HN 42 erhaltenen visuell kaum zu unterscheiden ist.

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Eine ähnliche Wirkung kann auch mit anderen Polarisatortypen wie z.B. Polaroid HN 48 anstelle von Polaroid HN 42 erreicht werden.

Ueberraschenderweise erhält man diese Aufhellung des Hintergrundes bei fast gleichbleibendem Kontrast nur bei der Anordnung nach der Erfindung. Vertauscht man die Polarisatoren 7 und 8 gegeneinander, so bekommt, man zwar dieselbe Hintergrundshelligkeit, verliert jedoch durch Aufhellung der beispielsweise ziffernförmig angesteuerten Elektrodenbereiche beträchtlich an Kontrast.

Die erfindungsgemässe Wirkung kann also nur erreicht werden, wenn das unpolarisiert einfallende Licht 12 durch den ersten Polarisator 7 genügend stark polarisiert wird. An den zweiten Polarisator müssen nicht die gleich hohen Anforderungen bezüglich Polarisationsfähigkeit gestellt werden, da der Reflektor 9 ja nur gering lichtstreuend ist und deshalb der Polarisationsgrad des reflektierten Lichtes weitgehend dem Polarieationsgrad des einfallenden Lichtes entspricht.

Da an den zweiten Polarisator 8 geringere Anforderungen ge·^ stellt werden als an den ersten Polarisator 7 ist es möglich, die Flüssigkristali-Anzeigevorrichtung teilweise in

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Schichttechnologie zu bauen. Als Schichtreihenfolgen kommen dann beispielsweise Flüssigkristallschicht 1, Elektrode 4, Polarisator 8, Trägerplatte 6, Reflektor 9 oder Flüssigkristallschicht 1, Elektrode 4, Polarisator 8, Reflektor 9, Trägerplatte 6 oder Flüssigkristallschicht 1, Polarisator 8, Elektrode 4, Reflektor 9, Trägerplatte 6 in Frage. In der letztgenannten Anordnung muss der Polarisator 8 eine genügend hohe elektrische Kapazität aufweisen (kleine Schichtdicke und grosse Dielektrizitätskonstante), um die Flüssigkristallschicht 1 durch Wechselspannung ansteuern zu können (kapazitiver Spannungsteiler). Ausserdem darf in diesem Fall der Reflektor 9 die elektrische Funktion der segmentierten Elektroden 4 nicht beeinflussen.

Bei der Herstellung von Flüssigkristall^Anzeigevorrichtungen in Dünnschichttechnologie wird entweder der Reflektor 9 in geeigneter Weise segmentiert, um gleichzeitig als Elektrode zu dienen, oder es wird auf die reflektierende Metallschicht eine isolierende Zwischenschicht (ζ,.Βο Siliciumoxid) aufge-. dampft, bevor die transparente Elektrode aufgebracht wird. . Die beiden im vorangehenden Absatz letztgenannten Anordnungen haben den Vorteil, dass Parallaxe»Erseheinungen ^weitgehend eliminiert werden.

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Als DUjmaschicht-PolarisatQff/kann ein auf photographischem Wege hergestellter linear die hro it is eher Polyvinylalkohol-Film (PYA) verwendet werden.. Bei der Herstellung solch eines Filmes wird ein PVA-PiIm zunächst mit einer geeigneten wässrigen Löschung von Cupriehlorid und Ammoniumdichromat lieht empfindlich gemacht. Ein Muster paralleler Linien dient sadann als Phatomaske zur s^lekt^ven Belichtung der lichtempfindlich gemachten Schicht. Nach dem Entwickeln lagern sieh diehroitisehe Parfemolekille, die von der für konventionelle Palarisafcoren verwendeten Art sind, nur entlang der düEtnen. unbelichteten Streifen ein.,, so dass sich ein Film mit weitgehend parallel gerichteten dichroitischen Farbnolekülen ergibt.

Claims

. P. .a .t .e χι .t .a ii .s. .p. r. .il c h e

1.J Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bestehend aus einem flüssigen Kristall, der zwischen durchsichtigen, auf zwei ebenen Flächen aufgebrachten Elektroden, zwischen einer ersten lichtdurchlässigen und einer zweiten Trägerplatte sowie zwischen einem ersten und einem mit einem Reflektor kombinierten zweiten Polarisator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisatoren (7,8) so beschaffen sind, dass der erste Polarisator (7) in Kombination mit einem weiteren Polarisator gleichen Typs ein hohes Löschvermögen und der zweite Polarisator (8) in Kombination mit einem weiteren Polarisator gleichen Typs ein dazu vergleichsweise niedriges Löschvermögen aufweist und der Reflektor (9) ■ nicht oder nur gering lichtstreuend ist.

2. Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet, dass der erste Polarisator (7) eine geringere Durchlässigkeit für unpolarisiertes Licht aufweist als der zweite Polarisator.(8).

3. Steuerbare Flüssijffcristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

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der erste Polarisator (7) ein Polarisator vom Typ Polaroid HN 42 bzw. Polaroid HN U8 ist. -

4, Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (9) eine leicht aufgerauhte und eloxierte Aluminiumfolie ist.

5, Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite'Polarisator (8) eine höhere Durchlässigkeit für unpolarisiertes Licht aufweist als der erste Polarisator (7)

β« Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Polarisator (8) ein Polarisator vom Typ Polaroid HN 55 ist.

7. Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Polarisator (8) und der Reflektor (9) zwischen flüssigen Kristall'(1) und der zweiten Trägerplatte (6) angeordnet sind.

&·'- Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem

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der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung überwiegend in Dünnechichttechnologie aufgebaut ist.

9. Steuerbare Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass derzweite Polarisator (8) ein Film mit dichroitischen, auf photographischem Wege einheitlich ausgerichteten Farbmolekülen ist.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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