DE2422509C2 - Unter Verwendung einer Flüssigkristall- Zelle aufgebaute Anzeigevorrichtung - Google Patents
Unter Verwendung einer Flüssigkristall- Zelle aufgebaute AnzeigevorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine unter Verv/endung einer Flüssigkristall-Zelle aufgebaute elektrisch-optische Anzeigevorrichtung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Flüssigkristall-Zelle dieser Art ist aus der DE-OS 58 563 bekannt. In dieser Druckschrift ist u. a. ausgeführt,
daß die Zelle auch in Reflexion betrieben werden kann. Dies gilt jedoch nur für eine Zelle mit zwei Polarisatoren,
wie aus der weiteren Beschreibung und auch aus der Zeichnung hervorgeht. Diese Druckschrift enthält
dagegen keine Hinweise oder Anhaltspunkte für eine Zelle dieser Art mit einem Reflektor und nur einem
einzigen Polarisator.
Bei einer Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Zelle, die mit polarisiertem Licht arbeitet und bei
der eine verdrehte nematische Struktur verwendet wird, bewirkt die Flüssigkristall-Zelle eine Drehung der Polarisationsebene
des polarisierten Lichtes um 90°. Wenn sich die Flüssigkristall-Zelle (wie es aus dem US-Patent
31986 bekannt ist) zwischen Kreuzpolarisatoren befindet, kann Licht bei nicht aktiviertem Flüssigkristall
durchtreten. Wenn sich hinter einer derartigen aus der
l;lii.sMgkrisi;ill-/.cllc und dem Polarisator bestehenden
Anordnung ein Reflektor befindet und nach der Reflektion am Reflektor eine ausreichende Polarisation vorhanden
ist, kann eine klare Anzeige erhalten werden, wenn die Flüssigkristall-Zelle nicht aktiviert ist. Wird
dagegen eine Flüssigkristall-Zelle dieser Art durch Anlegen eines Potentials aktiviert, so wird die Fähigkeit
des Flüssigkristalls, die Rotationsebene zu drehen, aufgehoben und die Flüssigkristall-Zelle erscheint dunkel
oder lichtundurchlässig, da das einfallende Licht vom Reflektor blockiert wird. Andererseits kann die Flüssigkristall-Zelle
auch so ausgebildet werden, daß sie den Lichtdurchtritt normalerweise verhindert bis sie aktiviert
wird. Das Ergebnis ist im wesentlichen das gleiche,
mit dem Unterschied, daß die Anzeige weiß auf dunklem Hintergrund erscheint anstatt umgekehrt, wenn die
Flüssigkristall-Zelle lichtdurchlässig ist, wenn sie nicht aktiviert ist
Wenn ein einfacher, mh einer Metallschicht versehener
Reflektor hinter einer Anzeigevorrichtung gemäß üem US-Patent 37 31 986 angeordnet wird, hat die Vorrichtung
einen äußerst schmalen Betrachtungswinkel. Zusätzlich sind störende Hintergrundreflexionen und
ein metallischer Glanz an dem Anzeigegerät vorhanden, die aus physiologischen Gründen unerwünscht sind.
Es wurde bereits eine Reflektoranordnung für derartige Anzeigevorrichtungen vorgeschlagen, die einen
breiten Betrachtungswinkel, eine gute Reflexion des polarisierten Lichtes und einen hohen Kontrastgrad ermöglicht,
ohne daß unerwünschte Reflexionen auftreten. Insbesondere wurde ein metallischer Reflektor vorgeschlagen,
der einfallendes polarisiertes Licht reflektiert und zerstreut ohne es zu depolarisieren. Eine Ausführungsform
eines derartigen Reflektors entsprechend einem nicht zum Stande der Technik gehörenden älteren
Vorschlages besteht aus einer transparenten Platte mit einer diffusen Oberfläche auf der Seite, die der
Schicht aus dem Flüssigkristal! zugewandt ist, und einer reflektierenden Oberfläche auf der anderen Seite. Das
polarisierte Licht das durch einen Polarisator am hinteren Ende der Vorrichtung tritt, passiert die diffuse Oberfläche
und wird dabei zerstreut. Wenn es durch die transparente Platte tritt, trifft es auf die metallische reflektierende
Oberfläche auf und wird dann durch die Flüssigkristall-Zelle zurückgeworfen. £s ist auch möglich,
einen metallischen Reflektor zu benutzer?, der eine aufgerauhte Oberfläche hat, z. B. einen metallischen Reflektor,
der aus Teilchen oder Körnern aus einem metallischen reflektierenden Material besteht. Bei der den
Gegenstand des älteren Vorschlages bildenden Anordnung wurde es jedoch für erforderlich gehalten, sowohl
auf der vorderen, als auch auf der hinteren Seite der Anzeigevorrichtung mit der Flüssigkristall-Zelle Polarisatoren
anzuordnen, die Kreuzpolarisatoren oder parallele Polarisatoren sein konnten, je nachdem ob eine
dunkle Anzeige auf einem hellen Untergrund oder eine helle Anzeige auf einem dunklen Untergrund gewünscht
wurde.
Die Verwendung von zwei Polarisatoren bei einer solchen Zelle wurde als unabänderliche Bedingung hingenommen,
obwohl generell in der Technik der Fliissigkristall-Zellen der Wunsch bestand, Polarisatoren wegen
des in Kauf zu nehmenden Intensitätsverlustes und auch aus wirtschaftlichen Gründen nur in möglichst geringem
Umfang einzusetzen. Aus dieser Sicht ist die Anwendung von zwei Polarisatoren grundsätzlich ah
nachteilig anzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Flüssigkristall-Zelle die Notwendigkeit von zwei Pohirisatoren
zu beseitigen.
Ausgehend von einer elektrisch-optischen Anzeigevorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese
Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anzeigevorrichtung
nur den erwähnten Polarisator enlhiill und daß auf der anderen Seile der flüssigkrislallinen
Schicht angrenzend an die hintere Platte ein Licht diffus
streuender Reflektor angeordnet ist, von dem wenigstens ein Teil des Lichtes, das durch die nicht mit dem
elektrisch leitenden Material beschichteten Abschnitte der vorderen Platte hindurchgeht, durch Bereiche der
vorderen Platte reflektiert wird, die mit dem elektrisch leitenden Material bedeckt sind.
Bei einer solchen Flüssigkristall-Zelle ist es zweckmäßig,
den Reflektor aus einer transparenten Schicht auszubilden, die eine lichtstreuende Oberfläche an der der
hinteren transparenten Platte benachbarten Seite und eine reflektierende Oberfläche auf der anderen Seite
aufweist. Ein solcher Reflektor zerstreut polarisiertes Licht, ohne die zurückgeworfenen Strahlen zu depolarisieren.
Bei Abwesenheit eines elektrischen Potentials, das zwischen den transparenten, leitenden Elektroden auf
den entgegengesetzt liegenden Seiten der Schicht aus dem Flüssigkristall angelegt wird, tritt polarisiertes
Licht von dem vor dem Anzeigegerät angeordneten Polarisator durch die Flüssigkristallschicht urnt wird um
90" infolge der verdrehten nematischen Struktur gedreht. Wenn dieses polarisierte Licht auf den Reflektor
auftritt, wird es zerstreut und reflektiert Daraufhin wird es erneut um 90° gedreht und tritt durch den vorderen
Polarisator, sowohl durch die Bereiche, die mit dem leitenden Film bedeckt sind, als auch durch die nicht beschichteten
Abschnitte aus. Wenn ein elektrisches Potential ausreichender Stärke zwischen den transparenten
Elektroden angelegt ist, wird die verdrehte nematisehe
Struktur in den mit den Elektroden beschichteten Bereichen zerstört, so daß das zerstreute, polarisierte
Licht auf seinem Rückweg von dem Reflektor nicht um 90' gedreht wird und nicht durch den vorderen Polarisator
durchtritt.
Auf diese Weise bilden die Anzeigen, die durch die leitenden Filme auf der vorderen Platte der Anzeigevorrichtung
entstehen, ein optisches Bild. Die Filme aus dem transpfenten Material können wie üblich durch
Segmente gebildet werden, die selektiv angeregt werden. um irgendeine Zahl, beispielsweise zwischen 0 und
9. zu bilden.
Anhand der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine Flüssigkristall-Zelle.
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung eines Reflektors,
die in Zusammenhalt mit der in F i g. 1 dargestellten
Zelle verwendbar ist,
F i g. 3 e:ne perspektivische Ansicht einer anderen
Ausführungsform eines Reflektors, der in Zusammenhang mit der in Fig. 1 dargestellten Zelle benutzt werden
kann.
F i g. 4 eine Art, in der leitende Filme auf die vordere transparente Platte der Flüssigkristall-Zelle aufgebracht
werden können, um verschiedene optische Bilder zu erzeugen, wobei das Licht, das durch den hinteren
Reflektor der Anordnung gemäß F i g. 1 durchtritt, verstärkt wird, und
Fig.5 eine andere Art, in der die leitenden Filme
aufgebracht werden können, um unterschiedliche optische Bilder zu erhalten.
In Fig. I ist eine Flüssigkristall-Zelle 10 dargestellt,
die iius einer ersten oder vorderen transparenten Platte 6^
12. \orzugswciseausGla<
und einer zweiten oder hinteren transparenten Platte 14. ebenfalls aus Glas, besteht
und sich parallel zu der Platte 12 erstreckt. Die Platten
12 und 14 werden durch geeignete Abstandshalter, die nicht dargestellt sind, in einem Abstand von etwa 0,0025
bis 0,05 mm gehalten. Der Zwischenraum ist mit einer Schicht 16 aus einem in nematischer Phase vorliegenden
flüssig-kristallinen Material mit positiver dielektrischer Anisotropie ausgefüllt, das vorzugsweise 20 bis 80%
bis-{4'-n-oktyloxybenzaI)-2-chlorphenylendiamin und pmethylbenzal-p'-n-butylanilin
enthält, wobei diese Stoffe 60 bis 97%, bezogen auf das Gesamtgemisch, ausmachen
und die restlichen 3 bis 40% aus p-cyanbenzalp'-n-butylanilin
bestehen. Das Material ist im einzelnen in der deutschen Patentanmeldung P 22 02 555 vom 20.
Januar 1972 beschrieben.
Auf den inneren Oberflächen der transparenten Platten
12 und 14 und angrenzend an die Schicht 16 aus dem flüssig-kristallinen Material sind Schichten 18 und 20 aus
einem dünnen, transparenten, elektrisch leitenden Material aufgebracht, beispielsweise aus Zinnoxyd oder Indiumoxyd.
Diese Schichten sind sehr dünn und haben
einen hohen Widerstand, beispielsweise in der Größenordnung von 150 0hm pro Flächeneinheit oder mehr,
möglicherweise von 5000 bis 10 000 Ohm pro Flächeneinheit.
Hinter der hinteren transparenten Platte 14 ist ein Reflektor 22 angeordnet, der, wie im folgenden beschrieben
wird, die Eigenschaft hat, polarisiertes Licht, ohne es zu depolarisieren, zu zerstreuen und zu reflek
tieren.
Bei der Herstellung der Flüssigkristall-Zelle werden die Oberflächen der transparenten Platten 12 und 14, die
den Film 16 aus dem flüssig-kristallinen Material berühren, im rechten Winkel zueinander gerieben. Auf diese
Weise wird eine verdrehte nematische Struktur erzielt, d. h. die Moleküle in einem in nematischer Phase vorliegenden
flüssig-kristallinen Material sind alle lang und gerade und neigen dazu, parallel zu liegen, wie Baumstämme
in einem Fluß. Die parallele Aurrichtimg ist statistisch annähernd vollkommen und genau. Die Moleküle
können sich zueinander frei bewegen und es sind eini je Moleküle vorhanden, die in einem kleinen spitzen
Winkel zu den anderen liegen. Eine Eigenschaft von in nematischer Phase vorliegendem flüssig-kristallinen
Material besteht darin, daß die Moleküle in der Nähe einer geriebenen Oberfläche dazu neigen, sich selbst zu
dieser auszurichten. Auf diese Weise sind die Moleküle, die der Oberfläche der Platte 12 am nächsten liegen,
geneigt, sich parallel zu den Reiblinien auf dieser Platte auszurichten. Diejenigen Moleküle, die am nächsten an
der Platte 14 liegen, haben das Bestreben, sich parallel zu den Reiblinien auf dieser Platte auszurichten, die in
einem rechten Winkel zu den Linien der vorderen Platte 12 verlaufen.
Als Ergebnis entsteht eine verdrehte nematische Struktur, die die Ebene von polarisiertem Licht, das
durch den vorderen Polarisator 11 tritt, um 90° dreht, wenn kein elektrisches Feld zwischen den Platten 12
und 14 angelegt ist. 1st dagegen ein elektrisches Feld angelegt, wird die ,erdrehte Struktur zerstört und die
Polarisationcebene nicht mehr um 90° gedreht. Polarisiertes Licht, das durch den Polarisator 11 tritt, wird also
um 90° gedreht, wenn an die Schicht 16 aus dem Flüssigkristall kein elektrisches Feld angelegt ist, tritt durch die
Platte 14, wird durch den Reflektor 22 durch die flüssigkristalline Schicht zurückgeworfen und tritt durch den
Polarisator 11 aus. Bei dieser Arbeitsweise wird das polarisierte
Licht um 90° gedreht, während es von der vorderen zur hinteren Platte gelangt und nach der Reflcktion
auf seinem Wce von der hinteren zur vnrdprrn
Platte wiederum um 90° gedreht. Das Ergebnis ist. daß
das reflektierte, polarisierte Licht zu dem vorderen Polarisator f I ausgerichtet ist, wodurch es durch ihn hindurchtreten
kann.
Andererseits wird, wenn ein elektrisches potential an die transparenten Elektroden 18 und 20 angelegt wird,
beispielsweise durch Anschließen der Batterie 26 an die Elektroden, mittels des Schalters 24 die verdrehte
Struktur des in nematischer Phase vorliegenden flüssigkristallinen Materials mit positiver dielektrischer Anisotropie
zerstört, so daß das Licht in beiden Richtungen nicht um 90° gedreht wird. Wenn Licht direkt durch die
vordere transparente Elektrode zu der hinteren Elektrode durchtritt und dann wieder zu der vorderen Elektrode
reflektiert wird, tritt keine Drehung des polarisierten Lichtes auf und der gesamte Bereich des Anzeigegerätes,
einschließlich der transparenter; Elektrode 18 und 20, erscheint als weißer oder heller Hintergrund.
Wenn jedoch bestimmte Anteile des Lichtes, die durch die vordere Platte 12 in der Nähe der Elektroden
18 und 20 treten, zerstreut werden und aus der Anzeigevorrichtung im Bereich der Elektroden 18 und 20 austreten
wollen, ist die Situation anders. Das Licht wird um 90° gedreht, wenn es von der vorderen zu der hinteren
Platte tritt, jedoch auf seinem Rückweg nicht gedreht, wenn es zerstreut ist und versucht im Bereich der Elektroden
18 und 20 aus der vorderen Platte 12 auszutreten. Dies ist beispielsweise durch die Lichtstrahlen 28 in
F i g. 1 angedeutet, die die vordere Platte 12 in der Nähe
der Elektroden 18 und 20 passiert haben. Nach dem Zerstreuen versuchen diese Strahlen durch die vordere
Platte 12 und den Polarisator 11 auszutreten. Da der
Polarisationsvektor jetzt in bezug auf die Polarisationsrichtung des vorderen Polarisators 11 90° ist, treten die
Strahlen nicht durch den Polarisator und das Gerät erscheint im Bereich der Elektroden 18 und 20 dunkel
oder lichtundurchlässig.
Um eine Anordnung zu erhalten, bei der Licht in der Nähe der Elektroden 18 und 20 durch die vordere Platte
12 tritt, und dann versucht, aus dem Gerät im Bereich der Elektroden auszutreten, ist es notwendig, das Licht
am hinteren Ende der Vorrichtung mittels des Reflektors 22 zu zerstreuen und zu reflektieren. Der Reflektor
22 kann, wie in F i g. 2 dargestellt, eine Schicht 30 aus transparentem Material enthalten, das eine diffuse oder
aufgerauhte vordere Oberfläche 32 und eine hintere Fläche hat. die mit einem reflektierenden Film 34, z. B.
aus Aluminium oder Silber, beschichtet ist. Der metallische Film oder dii Oberfläche 34 hat ausgezeichnete
reflektierende Eigenschaften, während die diffuse vordere Oberfläche 32 des Reflektors unter Vergrößerung
des Zerstreuungswinkels das Licht zerstreut, sowohl wenn es in die transparente Platte 30 eintritt, als auch
wenn es reflektiert wird und wieder durch die zerstreuende oder diffuse Oberfläche austritt Die Folge davon
ist. daß das Licht, das zweimal zerstreut wird, eine wesentliche Erhöhung des Betrachtungswinkels aber keinerlei
Verlust an Polarisation hervorruft, das heißt, wenn das polarisierte Licht durch die vordere diffuse
Oberfläche 32 hindurchtritt, wird es nach vorn zerstreut, ohne depolarisiert zu werden, es wird danach von dem
Film oder der Oberfläche 34 reflektiert und tritt wieder durch die vordere Oberfläche 32, in der der Zerstreuungswinkel
vergrößert wird. Dies erleichtert den Aufbau einer Einrichtung, bei der Lichtstrahlen durch Abschnitte
der vorderen transparenten Platte in der Nähe der Elektroden 18 und 20 hindurchtreten und danach
zurück in den Bereich der Elektroden reflektiert werden, so daß die Elektrode dunkel oder lichtundurchlässig
erscheint.
Statt einer transparenten Platte mit einer metallischen, reflektierenden Schicht auf der hinteren Oberdaehe,
kann auch eine Anordnung gemäß Fig. 3 verwendet werden, bei der der Reflektor 22 aus einer Folie oder
einem Film aus einem metallischen, reflektierenden Mjterial
mit einer aufgerauhten vorderen Oberfläche 36 besteht. Die aufgerauhte vordere Oberfläche 36 kann
ίο beispielsweise durch Sandblasen erzeugt werden. Alternativ
kann der gesamte Reflektor aus pulverförmigen oder feinkörnigen, reflektierenden Teilchen bestehen,
um den gewünschten Zerstreuungseffekt ohne Depolarisierung des polarisierten Lichtes zu erzeugen.
Da Licht, das durch die Elektrode 20 geht und dann durch die gleiche Elektrode reflektiert wird, auch durch
den vorderen Polsrisstor 11 treten kenn, sollt" der R^-
reich der vorderen Elektrode 20, wenn möglich, verkleinert werden. In F i g. 4 ist eine geeignete Einrichtung zur
Verkleinerung der Menge des Lichtes dargestellt, das durch beide Elektroden tritt. Die vordere Platte 12 ist
mit transparenten, leitenden Streifen 38 versehen, die.
vorausgesetzt, daß sie alle lichtundurchlässig sind, die Ziffer 8 darstellen.
Dadurch, daß ausgewählte Streifen lichtundurchlässig gemacht -f/erden, kann jede Zahl zwischen 0 und 9 erscheinen.
Die verschiedenen, voneinander isolierten leitenden Streifen 38 können durch eine Anzahl ebenfalls
isolierter Streifen 39 aus transparentem leitendem Material mit äußeren, nicht dargestellten Leitungen verbunden
werden. Gleichzeitig kann die hintere transparente Platte mit einer transparenten, leitenden Schicht
überzogen werden, die die gesamte auf Fig.4 dargestellte
Anordnung der Streifen 38 abdeckt. Die transparente, leitende Elektrode auf der hinteren Platte 14 wird
mit der einen Klemme einer Stromquelle verbunden, während ausgewählte Streifen 38 an die andere Klemme
der Stromquelle angeschlossen werden, so daß die verdrehte nematische Struktur in ganz bestimmten Bereichen
aufgehoben wird, und je nachdem welche Streifen mit Strom versorgt werden, jede gewünschte Ziffer
erhalten wird. In Zusammenhang mit F i g. 4 ist darauf hinzuweisen, daß alle Streifen 38 eine mittlere öffnung
40 haben, die es erlaubt, mehr Licht durch die vordere Platte der Einrichtung durchtreten zu lassen, wodurch
die Anzahl der Lichtstrahlen vergrößert wird, die auf den hinteren Reflektor 22 auftreffen und daran gehindert
werden können, durch den vorderen Polarisator 11 hindurchzutreten, da sie um 90° gedreht werden, .<
enn sie zu dem hinteren Reflektor 22 gelangen und nicht gedreht werden, wenn sie von dem Reflektor zurück
durch die Elektrode treten.
Eine ähnliche Einrichtung ist in F i g. 5 dargestellt, bei der die transparenten Streifen 38, die eine alphanumerisehe
Anzeige bilden, mit einer Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten öffnungen 42 mit dem gleichen
Effekt versehen sind. Die Öffnungen 42 erlauben, daß mehr polarisiertes Licht zu dem hinteren Reflektor
treten kann, wobei es um 90° gedreht wird, während das
reflektierte und zerstreute Licht auf die transparente Elektrode auftritt ohne gedreht zu werden. Auf diese
Weise tritt es nicht durch den vorderen Polarisator 11
und die Bereiche der Streifen 38 erscheinen lichtundurchlässig und bilden die gewünschte alphanumerische
Anzeige.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Unter Verwendung einer Flüssigkristall-Zelle aufgebaute elektrisch-optische Anzeigevorrichtung
mit einer Schicht aus einem flüssig-kristallinen Stoff mit positiver dielektrischer Anisotropie, der zwischen
einer vorderen und einer dazu parallelen hinteren, transparenten Platte angeordnet ist wobei die
beiden an die flüssig-kristalline Schicht angrenzenden
Oberflächen der Platten mit einem Film aus transparentem leitendem Material beschichtet sind,
der Film auf der vorderen Platte nur auf bestimmte ausgewählte Bereiche aufgebracht ist die Anzeigevorrichtung
so ausgebildet ist daß eine verdrehte nematische Struktur in der flüssig-kristallinen
Schicht vorliegt und auf einer Seite der Schicht aus dem flüssig-kristallinen Material angrenzend an die
vordere Platte ein Polarisator angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige-
vorrichtung nur diesen einen Polarisator (11) enthält
und daß auf der anderen Seite der flüssig-kristallinen Schicht (16) angrenzend an die hintere Platte (14) ein
Licht diffus streuender Reflektor (22) angeordnet ist von dem wenigstens ein Teil dss Lichtes, das durch
die nicht mit dem elektrisch leitenden Material (20) beschichteten Abschnitte der vorderen Platte (12)
hindurchgeht durch Bereiche der vorderen Platte (12) reflektiert wird, die mit dem elektrisch leitenden
Material (20) oedeckt sind.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß de·- Reflektor (22) aus einer
transparenten Schicht (30) bes ?ht, die eine lichtstreuende Oberfläche (32) an der der hinteren transparenten
Platte (14) benachbarten Seite und eine reflektierende Oberfläche (34) auf der anderen Seite
aufweist.
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