DE2451419B2

DE2451419B2 - Feldeffektgesteuertes Flüssigkristall-Anzeigesystem

Info

Publication number: DE2451419B2
Application number: DE19742451419
Authority: DE
Inventors: Fumiaki Tenri Nara Funada (Japan)
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-29
Publication date: 1978-11-30
Also published as: JPS5074446A; DE2451419C3; DE2451419A1; JPS557567B2; CH577692A5

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein feldeffektgesteuertes Flüssigkristall-Anzeigesystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art

Wenn bei einem derartigen Anzeigesystem polarisiertes Licht das verdrehte nematische Gefüge durchsetzt wird dabei dessen Polarisationsebene gedreht, während eine solche Drehung der Polarisationsebene beim Durchsetzen des durch Anlegen eines elektrischen Steuerfeldes annähernd homöotrop gemachten Gefüges nicht auftritt Bei einem bekannten Flüssigkristall-Anzeigesystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art DE-OS 21 58 563) sind vor und hinter der Flüssigkristallschicht ein Polarisator bzw. ein Analysator angeordnet, und hinter dem Analysator befindet sich ein Reflektor. Das einfallende Licht wird in Abhängigkeit davon, ob Spannung an den Elektroden liegt oder nicht und in Abhängigkeit davon, ob Polarisator und Analysator gekreuzt oder parallel zueinander orientiert sind, entweder von dem Spiegel durch den Analysator, die Flüssigkristallschicht und den Polarisator zurückgeworfen oder an dem Analysator absorbiert Die Verwendung von zwei Polarisatoren in einem derartigen Anzeigesystem ist relativ aufwendig.

Ferner wird bei der bekannten Anordnung zwar ein guter Kontrast erreicht; jedoch ist dadurch, daß das licht beim Hin- und Rücklauf jeweils zwei Polarisatoren durchlaufen muß, die schließlich erhaltene Lichtintensität relativ gering. Die Erkennbarkeit eines mittels des Anzeigesystems wiedergegebenen Zeichens hängt nicht nur vom Kontrast ab, sondern auch von der den Beobachter erreichenden Lichtintensität Dieser Aspekt einer genügenden Lichtintensität ist besonders wichtig bei Flüssigkristall-Anzeigesystemen, die ja nicht selbst licht erzeugen, sondern auf Fremdlichtquellen angewiesen sind, wie das bei Flüssigkristall-Anzeigesystemen für Taschenrechner, Armbanduhren und so weiter der FaIi ist bei denen auch bei relativ dürftiger Fremdlichtbestrahlung noch eine ausreichende Intensität abgestrahlt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein feldeffektgesteuertes Flüssigkristall-Anzeigesystem zu schaffen, welches einfacher ist und eine hellere Anzeige bewirkt

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigesystem bewirkt die feine Struktur von elektroden-bedeckten und elektroden-unbedeckten Teilbereichen, daß ein großer Teil des von dem Polarisator polarisierten und durch die Zeichenfläche gehenden Lichtes beim Hin- und Rücklauf Flüssigkristallbereiche ungleichen Steuerungszustandes durchsetzt und daher den Polarisator nicht durchsetzen kann. Der relativ geringe Kontrast wird vielen praktischen Anforderungen genügen, bei denen der Vorteil einer geringen Anforderung an die Intensität der Fremdlichtquelle und einer Verbilligung des Anzeigesystems stark ins Gewicht fällt

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 Querschnitte durch ein bekanntes feldeffektgesteuertes Flüssigkristall-Anzeigesystem,

Fig.3 die Intensität des durchgelassenen Lichts in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bei einem System nach F i g. 1 und 2,

F i g. 4 und 5 Querschnitte durch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 6 die Intensität des durchgelassenen Lichtes in Abhängigkeit von der angelegten Spannung bei dem System nach F i g. 4 und 5,

F i g. 7 einen Querschnitt zur Erläterung der Betriebsweise des Systems der F i g. 4 und 5,

F i g. 8 eine Draufsicht auf eine in dem System von F i g. 7 verwendete Elektrode,

F i g. 9 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,

F i g. 10 und 11 Draufsichten auf die in der Einrichtung nach F i g. 9 verwendeten Elektroden,

F i g. 12 und 13 Draufsichten auf eine segmentförmige Anzeige unter Verwendung der Elektroden nach Fig. 10 und 11,

Fig. 114 einen Querschnitt durch ein drittes Ausfüh-

rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigeeinrichtung und

F i g. 15 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen feldeffektgesteuerten Flüssigkristallanzeigeeinrichtung.

F i g. 1,2 und 3 zeigen eine Flüssigkristallschicht 1, die eine molekulare Ausrichtung eines nematischen verdrehten Gefüges hat und einen Verdrehungswinkel von 90° hat, wenn kein elektrisches Feld quer durch die Flüssigkristallschicht angelegt wird. Die Flüssigkristallschicht hat eine positive dielektrische Anisotropie. Im verdrehten nematischen Gefüge liegt ein Flüssigkristallmolekül la parallel zur Zeichenebene von F i g. 1 am linken Ende der Flüssigkristallschicht und ist durch einen Vertikalstrich charakterisiert Das Flüssigkristallmolekül la ist allmählich in eine zur Zeichenebene von F i g. 1 senkrechte Ebene drehbar, wenn man in der Richtung nach rechts fortschreitet, und das Molekül ist senkrecht zur Zeichenebene am rechten Ende der Flüssigkristallschicht orientiert, was durch Puoktsymbo-Ie angedeutet ist Zwei Elektroden 2, 3 aus leitendem und durchsichtigem Werkstoff sind an beiden Seiten der Flüssigkristallschicht 1 angeordnet Die Flüssigkristallschicht 1 liegt zwischen zwei Polarisatoren 4, 5, deren Polarisationsebenen unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind.

Natürliches der Einrichtung zugeführtes Licht wird linear polarisiert, wenn es durch den ersten Polarisator 4 geht Die Polarisationsebene ist hier parallel zur Zeichenebene dargestellt. Die Polarisationsebene wird um 90° gedreht wenn das Licht das verdrehte nematische Gefüge der Flüssigkristallschicht 1 durchsetzt (Fig. 1). Das polarisierte und in seiner Polarisationsebene gedrehte Licht geht durch den zweiten Polarisator 5, da dieser Licht durchlassen kann, dessen Polarisationsebene senkrecht zur Zeichenebene liegt. Daher erscheint auf der rechten Seite des Polarisators 5, d.h. auf der Wiedergabeseite, das optische Feld hell. Wenn eine Spannungsquelle 7 durch Schließen eines Schalters 6 zwischen die Elektroden 2,3 angeschlossen wird (Fig.2), wird ein elektrisches Feld quer zur Flüssigkristallschicht 1 angelegt. Die Flüssigkristallmoleküle la richten sich im elektrischen Feld aus, wodurch sich die optischen oder Hauptachsen der Moleküle la in eine Richtung zum elektrischen Feld orientieren. Dadurch kann die Flüssigkristallschicht 1 nunmehr eine molekulare Ausrichtung entsprechend einem angenähert homöotropen Gefüge annehmen, und das durch den ersten Polarisator 4 eingeführte polarisierte Licht wird nicht mehr gedreht, wenn es durch die Flüssigkristallschicht 1 geht Es ist zu beachten, daß das polarisierte, aber in der Polarisationsebene nicht gedrehte Licht bei dieser Einrichtung im zweiten Polarisator 5 absorbiert wird, und dementsprechend ist auf der Anzeigeseite des Polarisators 5 das Lichtfeld

C₍,H₁₃O-< O >—CH = N

CH₃CW O>—CH=N

QH₅CW O >-CH = N

Ein Paar transparente Elektroden 11,12 sind einander gegenüberliegend auf den beiden Hauptflächen der Flüssigkristallschicht 1 vorgesehen. Die Elektroden 11, dunkel.

Fig.3 zeigt die Beziehung zwischen der Intensität des durchgelassenen Lichtes und der angelegten Spannung, wobei die Spannung auf der Abszisse und die Lichtintensität auf der Ordinate au/getragen sind. Die Vollinie zeigt die Kennlinie, wenn die Polarisatoren 4,5 in Bezug aufeinander mit gekreuzten Polarisationsebenen angeordnet sind, während die Strichlinie die Kennlinie für den Fall zeigt daß die Polarisatoren 4,5 in

ίο parallelen Polarisationsebenen angeordnet sind.

Bei der vorstehend erläuterten bekannten Einrichtung ist es unbedingt notwendig, zwei Polarisatoren anzuwenden.
Fig.4 und 5 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Flüssigkristallschicht 1 hat eine Zusammensetzung positiver dielektrischer Anisotropie oder besteht aus einer Mischung von mehr als zwei Flüssigkristallen positiven dielektrischen anisotropen Verhaltens. Solche Flüssigkristallverbindungen positiven dielektrischen Anisotropieverhaltens werden beispielsweise durch die folgenden chemischen Formeln charakterisiert:

mit R = normales Alkylradikal,d.h.+
mit Λ = 1,2,3,..., 10;
oder

R = R'-COO-

mit R' = normales Alkylradikal.

Die Flüssigkristallschicht 1 kann auch aus einer Mischung der vorstehenden Flüssigkristallverbindungen, die positive dielektrische Anisotropieeigenschaften haben, und anderen Flüssigkristallverbindungen mit

so negativer dielektrischer Anisotropie bestehen, z. B.

MBBA, EBBA, BBBA, APAPA usw., die Mischung muß jedoch positive dielektrische Anisotropieeigenschaften haben.

Nachstehend wird eine typische Mischung der Flüssigkristallverbindungen angegeben:

C=N iOGew.-%

C₄H₉ 47 Gew.-%

43 Gcw.-%

12 haben geringere Größe als die Hauptflächen der Flüssigkristallschicht 1. Der Polarisator 4 ist vor der Elektrode U, d.h. links davon angeordnet, und ein

Reflektor 13 ist hinter der Elektrode 12, d. h. an deren rechter Seite, vorgesehen. Das auf den Polarisator 4 fallende Licht wird linear polarisiert, wenn es den Polarisator durchsetzt, so daß es eine Polarisationsebene parallel zur Zeichenebehe von Fig.4 hat. Die Polarisationsebene des Lichtes wird um 90° gedreht beim Durchsetzen der Flüssigkristallschicht 1, wenn ein elektrisches Feld nicht angelegt wird und die Schicht ein verdrehtes Gefüge hat. Das polarisierte und gedrehte Licht wird am Reflektor 13 reflektiert und tritt wieder in ι ο die Flüssigkristallschicht 1 ein. Das reflektierte Licht wird wiederum um 90° gedreht, wenn es die Flüssigkristallschicht durchsetzt, und daher kann das Licht ohne Absorption durch den Polarisator 4 gehen. Unter diesen Verhältnissen ist das optische Feld links ι ^r> vom Polarisator 4 hell.

Wenn das elektrische Feld quer zur Flüssigkristallschicht 1 angelegt wird, indem der Schalter 6 geschlossen wird (F i g. 5), hat die Flüssigkristallverbindung im Bereich des elektrischen Feldes eine molekulare Ausrichtung mit homöotropem Gefüge. Es tritt eine Änderung der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle auf, wenn das elektrische Feld quer zur Richtung der Flüssigkristallmoleküle erzeugt wird, die eine große dielektrische Konstante in Richtung parallel zur Hauptachse, d. h. zur optischen Achse, der Flüssigkristallmoleküle haben; die Flüssigkristallmoleküle von positivem dielektrischem anisotropem Verhalten richten sich im elektrischen Feld aus, da die innere Energie der Flüssigkristallschicht vermindert wird, und dann wird das Molekülsystem stabil. Das natürliche Licht, das auf den Polarisator 4 gestrahlt wird, wird linear polarisiert, wenn es durch den Polarisator 4 geht, und hat dann eine Polarisationsebene parallel zur Zeichenebene von F i g. 5. Die Polarisationsebene wird um 90° gedreht, wenn das Licht durch die Fläche der Flüssigkristallschicht mit verdrehtem nematischem Gefüge geht. Das polarisierte und in der Polarisationsrichtung gedrehte Licht wird am Reflektor 13 reflektiert und wieder in die Flüssigkristallschicht 1 eingeführt Wenn das reflektierte Licht durch den homöotropen Teil der Flüssigkristallschicht durchtritt, wird das reflektierte Licht in seiner Polarisationsebene nicht gedreht, und daher wird das Licht im Polarisator 4 absorbiert, da das polarisierte Licht eine Ebene hat, die senkrecht zu der des Polarisators 4 liegt Dementsprechend ist das optische Feld nunmehr dunkel.

F i g. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Intensität des reflektierten Lichtes (Ordinate) und der angelegten Spannung (Abszisse).

F i g. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wenn die Zahl der Grenzbereiche zwischen den Flächen mit verdrehtem nematischem Gefüge und den Flächen mit homöotropem Gefüge klein ist bei Anlegen eines elektrischen Feldes quer zur Flüssigkristallschicht 1, wie es z.B. in Fig. 7 der Fall ist durchsetzen sowohl einfallendes als auch reflektiertes Licht die Flächen mit homöotropem Gefüge. Das einfallende Licht wird durch den Polarisator 4 polarisiert und am Reflektor 13 reflektiert und durchsetzt daher den Polarisator 4 auf seinem Weg zum Beobachter ohne Drehung. Dabei kann man unterscheiden zwischen Flächen, die dem Einfluß des elektrischen Feldes unterliegen, und nichtbeeinflußten Flächen. Letztere werden bei der Wiedergabe nicht umgeschaltet, und daher ergibt sich ein geringer Kontrast in der Anzeige. F i g. 8 zeigt die Elektrode 14 des Ausführungsbeispiels nach F i g. 7.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Flüssigkristallschicht 1 sandwichartig zwischen kammartigen Elektroden 15 angeordnet um die Zahl der Grenzbereiche zwischen Flächen mit nematischem Gefüge und solchen mit homöotropem Gefüge zu erhöhen und dadurch einen erhöhten Bildkontrast zu erzielen. Fig. 10 ist eine Draufsicht auf die kammartig ausgebildete Elektrode 15. Es können auch netzartig ausgebildete Elektroden 16 (Fig. 11) verwendet werden, um die wirksamen Flächen zu vergrößern.

Die kammartigen Elektroden 15 und die netzartigen Elektroden 16 sind mindestens an der einen Hauptfläche der Flüssigkristallschicht angeordnet um Segmentelektroden zu bilden (Fig. 12 bzw. 13). Solche Elektroden sind zur Ziffernanzeige geeignet

Fig. 14 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei ein Reflektor 17 eine streuende Oberfläche mit Unregelmäßigkeiten entsprechend den Zwischenräumen zwischen den Segmentelektroden 11, 12 hat Der Reflektor 17 kann aus einer Aluminiumplatte oder aus einer Platte aus nichtrostendem Stahl od. dgl. bestehen, wobei die Oberfläche Unregelmäßigkeiten mit engem Gitterabstand hat Die rauhe Fläche kann mit Pigment oder einem Lack beschichtet sein, der ein hohes Reflexionsvermögen hat

Fig. 15 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hier wird ein streuender Film 18, der z. B. ein mit einem Sandstrahlgebläse behandelter .Acetatfilm sein kann, und ein Reflektor 19 mit spiegelnder Oberfläche verwendet

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Feldeffektgesteuertes Flüssigkristall-Anzeigesystem, bei dem eine Flüssigkristallschicht sandwichartig zwischen zwei durchsichtigen Elektroden angeordnet ist, denen zu Wiedergabezwecken ein Steuersignal zuführbar ist, und bei dem in der Flüssigkristallschicht eine molekulare Ausrichtung mit verdrehtem nematischem Gefüge besteht, wenn kein elektrisches Steuerfeld quer zur Flüssigkristallschicht angelegt ist, und bei Anlegen eines derartigen elektrischen Steuerfeldes eine molekulare Ausrichtung mit angenähert homöotropem Gefüge bewirkt wird, und bei dem vor der Flüssigkristallschicht ein Polarisator und hinter der Flüssigkristallschicht in einem Abstand von deren Hauptfläche ein Reflektor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Polarisator (4) vorgesehen ist und daß mindestens eine der Elektroden (15, 16) innerhalb der gesamten vom darzustellenden Zeichen bedeckten Fläche noch eine feine Struktur von elektrodenbedeckten und elektrodenunbedeckten Teilbereichen aufweist

2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Elektrode (15) kammartig ausgebildet ist

3. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Elektrode (16) gitterartig ausgebildet ist

4. Anzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (17) eine lichtstreuende Oberfläche hat

5. Anzeigesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die lichtstreuende Oberfläche mit Pigment oder Lack beschichtet ist

6. Anzeigesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reflektor (19) und der Flüssigkristallschicht (1) ein streuender Film (18) angeordnet ist

7. Anzeigesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß auf der einen Hauptfläche der Flüssigkristallschicht (1) mehrere eine feine Struktur von elektrodenbedeckten und elektrodenunbedeckten Teilbereichen aufweisende Elektroden angeordnet sind und Zeichensegmente bilden (F i g. 12,13).