DE2351535B2

DE2351535B2 - Flussigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2351535B2
Application number: DE2351535A
Authority: DE
Inventors: Peter J. Dipl.-El.-Ing. Wettingen Wild (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-10-13
Publication date: 1979-08-02
Also published as: NL7412633A; DE2351535A1; FR2246008A1; FR2246008B1; JPS5062055A; AT345909B; US3963312A; GB1485306A; JPS5416421B2; ATA650274A; CH564206A5; HK72379A; DE2351535C3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Reflektor und einem verdrillten, zwischen durchsichtigen Elektroden sowie zwischen einem front- und einem reflektorseitigen Polarisator befindlichen nematischen Flüssigkristall.

Derartige Anzeigevorrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 21 58 563 bekannt. Bei den dabei verwendeten front- und reflektorseitigen Polarisatoren handelt es sich um — aus Kunststoffolien bestehende — Linearpolarisatoren des gleichen Typs, d. h. um Polarisatoren, die im Rahmen des jeweils herstellungsbedingten Streubereichs die gleiche Durchlässigkeit aufweisen (als Durchlässigkeit eines Polarisators wird die Intensi- _f ■ tat des austretenden Lichtes im Verhältnis zum unpolarisiertem einfallenden Licht definiert). Es hat sich nun gezeigt, daß bei Verwendung handelsüblicher Polarisatoren mit einer niedrigen Durchlässigkeit (z. B. von 42%) die Hintergrundshelligkeit so gering ist, daß ein Ablesen der elektrisch angesteuerten Zeichen Schwierigkeiten bereiten kann, obwohl der Kontrast zwischen den Zeichen und dem Hintergrund ausreichend ist.

Die Verwendung von Folien-Polarisatoren hoher Durchlässigkeit (z. B. von 55%) führt zwar zu einer Aufhellung des Hintergrundes, doch besitzen derartige Anzeigevorrichtungen einen schlechten Kontrast der angesteuerten Zeichen gegenüber dem hellen Hintergrund. Dieses beruht darauf, daß beim Hintereinanderschalten zweier derartiger Polarisatoren hoher Durchlässigkeit bei gekreuzter Stellung der Polarisatoren, dieser noch durchgelassene Lichtanteil wesentlich höher ist als bei Polarisatoren niedriger Durchlässigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe ι zugrunde, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der bei gegebener Auswahl von zur Verfügung stehenden Polarisatoren die Helligkeit der Anzeige freier wählbar ist, ohne daß der Kontrast der Anzeige wesentlich <■ darunter leidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der reflektorseitige Polarisator im Vergleich zum frontseitigen Polarisator eine höhere Durchlässigkeit in Hellstellung und ein niedrigeres Löschvermögen aufweist
Unter »Durchlässigkeit in Hellstellung« eines Polari-

• sators (relativ zu einem zweiten Polarisator) sei hier die Lichtdurchlässigkeit verstanden, die man erhält wenn man zwei gleiche, parallel orientierte Polarisatoren des betreffenden Typs mit unpolarisiertem Licht durchstrahlt »Durchlässigkeit in Dunkelstellung« ist die

. entsprechende Lichtdurchlässigkeit bei gekreuzter Stellung der Polarisatoren. Das Verhältnis Werte für parallele und gekreuzte Stellung heißt »Löschvermögen«.

Weitere Erläuterungen ergeben sich aus dem nachfolgend anhand von Fig. 1 dargestellten AusführungsbeispieL
Hierbei zeigt

die Figur eine Aufsicht auf einen Schnitt durch die Flüssigkristallanzeigevorrichtung.

> In der Figur stellt die Bezugszahl 1 einen nematischen flüssigen Kristall dar, dessen Molekülgruppen 2 durch geeignete Oberflächenbearbeitung der Trägerplatte 5,6 und der darauf aufgebrachten durchsichtigen Elektroden 3, 4 in ?iner 90°-Schraubenstruktur orientiert sind.

Zwei gegeneinander um 90° verdrehte Polarisatoren 7,

8 und ein Reflektor 9 ergänzen die an einer Spannungsquelle 10 liegende Flüssigkristallanzeigevorrichtung. 11 stellt eine Lichtquelle dar, von der Licht 12 auf das Anzeigeelement fällt und 13 einen Betrachter,

ι der das an der Anzeigevorrichtung reflektierte Licht 14 wahrnimmt e „ ist die Dielektrizitätskonstante entlang der Längsachse der Molekülgruppen 2, ε_,_ die dazu senkrechte Dielektrizitätskonstante.

In Analogie zu der in der DE-OS 2158 563 beschriebenen Flüssigkristallanzeige bewirkt die 90°-Schraubenstruktur der Flüssigkristallschicht 1 eine Verdrehung der Schwingungsebene des durch den vorderen Polarisator 7 linear polarisiert einfallenden Lichtes um 90° und läßt der hintere als Analysator

ι wirkende Polarisator 8 daher bei der in F i g. 1 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 Flüssigkristallmolekülgruppen 2 eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstante auf, d. h. ist ε ι, größer 6j_, so bewirkt das durch Anlegen einer genügend hohen elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 3,4 aufgebaute elektrische Feld, wie in F i g. 1 strichliert angedeutet ist, ein weitgehendes Ausrichten der Flüssigkristallmolekülgruppen 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 F i g. 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 Erfindung durch die Auswahl geeigneter Polarisatoren 7, 8 und Reflektoren

9 erheblich verbessert.

Selbstverständlich können erster und zweiter Polari-

sator 7, 8 auch gleichgerichtet sein, wodurch eine Darstellung von hellen, aktivierten Zeichen auf dunklem Hintergrund möglich ist

Der Reflektor 9 der Figur besteht beispielsweise aus' einer Aluminiumfolie, weiche auf der Anzeigeseite leicht aufgerauht und somit etwas üchtstreuend 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 Maß der Aufrauhung gilt hierbei, daß die Reflektoroberfläche nur so stark aufgerauht werden darf, daß die Lichtquelle 11 gerade nicht mehr spiegelnd reflektiert wird.

Bei einer anderen Anordnung wird eine blanke, spiegelnde Aluminiumfolie in Kombination mit dem betrachterseitig aufgerauhten Polarisator 7 verwendet Der erste Polarisator 7 ist z.B. ein i~i Handel . erhältlicher Folien-Polarisator mit einer Durchlässigkeit von 42% (die Durchlässigkeit in Hellstellung beträgt dann etwa 35%) und einer Durchlässigkeit in Dunkelstellung von 0,5%. Der maximale Kontrast bei Durchlichtbetrieb beträgt also 70:1. Der zweite Polarisator 8 ist beispielsweise ein Polarisator mit einer Durchlässigkeit von 55% (die Durchlässigkeit in Hellstellung beträgt etwa 45%) und einer Durchlässigkeit in Dunkelstellung von 22%. Der maximale Kontrast bei Durchlichtbetrieb beträgt in diesem Fall 2:1.

Bei dieser Anordnung der Polarisatoren 7, 8 in der Anzeigevorrichtung erhält man einen Hintergrund, der wesentlich heller ist als derjenige, den man bei Verwendung von zwei gleichartigen Polarisatoren mit 42% Durchlässigkeit erhält Ein Unterschied hinsichtlich des Kontrastes besteht in beiden Fällen dagegen praktisch nicht

Eine ähnliche Wirkung kann auch mit anderen Polarisatortypen erreicht werden, etwa wenn der Polarisator mit 42% Durchlässigkeit durch einen mit 48% Durchlässigkeit ersetzt wird.

Überraschenderweise 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 gewünschte Wirkung kann also nur erreicht ' werden, wenn das unpolarisiert einfallende Licht 12 durch den ersten FoLen-Polarisator 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 Polarisationsgrad des einfallenden Lichtes entspricht

Da an den zweiten Polarisator 8 geringere Anforderungen gestellt werden als an den ersten Polarisator 7, ist es möglich, die Flüssigkristallanzeigevorrichtung teilweise in Dünnschichttechnologie 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 Flüssigkristallanzeigevorrichtungen in Dünnschichttechnologie wird entweder dtr Reflektor 9 in geeigneter Weise segmentiert um gleichzeitig als Elektrode zu dienen, oder es wird auf die reflektierende Metallschicht eine isolierende Zwischenschicht (z. B. Siliziumoxyd) aufgedampft bevor die transparente Elektrode aufgebracht wird. Die beiden im vorangehenden Absatz letztgenannten Anordnungen haben den Vorteil, daß Parallaxe-Erscheinungen weitgehend eliminiert werden.

Als Dünnschicht-Polarisator 8 kann ein auf photographischem Wege hergestellter linear dichroitischer Polyvinylalkohol-Film (PVA) verwendet werden. Bei der Herstellung solch eines Filmes wird ein PVA-FiIm zunächst mit einer geeigneten wäßrigen Löschung von Cuprichlorid und Ammoniumdichromat lichtempfindlich gemacht. Ein Muster paralleler Linien dient sodann als Photomaske zur selektiven Belichtung der lichtempfindlich gemachten Schicht Nach dem Entwickeln lagern sich dichroitische Farbmoleküle, die von der für konventionelle Polarisatoren verwendeten Art sind, nur entlang der dünnen unbelichteten Streifen ein, so daß sich ein Film mit weitgehend parallel gerichteten dichroitischen Farbmolekülen ergibt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Reflektor und einem verdrillten, zwischen durchsichtigen Elektroden sowie zwischen einem front- und einem reflektorseitigen Polarisator befindlichen nematischen Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß der reflekiorseitige Polarisator (8) im Vergleich zum frontseitigen Polarisator (7) eine höhere Durchlässigkeit in Hellstellung und ein niedrigeres Löschvermögen aufweist

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Löschvermögen des reflektorseitigen Polarisators (8) höchstens 2 :1 und das des frontseitigen Polarisators höchstens 70:1 ist

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Durchlässigkeil des frontseitigen Polarisators (7) in Hellstellung 35% bei einem Löschvermögen von 70 :1 und die Durchlässigkeit des reflektorseitigen Polarisators (8) in Hellsteilung 45% bei einem Löschvermögen von 2 :1 trägt