DE2507376A1

DE2507376A1 - Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE2507376A1
Application number: DE19752507376
Authority: DE
Inventors: William Thomas Moore
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1974-02-20
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-08-21
Also published as: JPS50143496A; US3979743A

Description

9560-75 K/bö
Brit.Anm. No.
vom 2o. Februar 1974

The Rank Organisation Limited,

Millbank Tower, Millbank,

London S.W. 1 / England

Anzeigeeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigeeinrichtung und insbesondere, jedoch nicht ausschliesslich, eine Analog-Anzeigeeinrichtung oder ein Analog-Sichtgerät.

Bei der Erfindung wird eine Flüssigkristallzelle verwendet, wie sie in den letzten Jahren für verschiedene Verwendungszwecke in elektro-optischen Anzeigeeinrichtungen vorgeschlagen wurden, wobei sie gewöhnlich zur Darstellung feststehender Symbol- oder Ziffernanzeigen verwendet werden. Bei Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen wird die Eigenschaft bestimmter Flüssigkristallmaterialien ausgenutzt, die normalerweise in einer nematischen Phase mit einem gewissen Maß an molekularer Anisotropie sind. Ferner ist bei Flüssigkristallmaterialien in der homogenen, nematischen Phase zu beobachten, dass die Moleküle sich im allgemeinen mit linearen Oberflächenmerkmalen einer Oberfläche ausrichten, mit der der Flüssigkristall in Kontakt steht. Wenn das Flüssigkristallmaterial zwischen zwei Zellenwänden enthalten ist,

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die lineare Oberflächenstrukturen in verschiedenen Richtungen haben, die beispielsweise durch Abreiben der Innenflächen a^rcr Zellenwände erzeugt werden können, richten sich die Flüssigkristallmoleküle nach der linearen Oberflächenstruktur der beiden Zellenwände aus. Folglich wird in einer Ebene polarisiertes Licht, welches in die Zelle mit seiner Polarisationsebene entweder parallel oder senkrecht zu der Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle an der Eintrittsfläche eintritt, bezüglich seiner Polarisationsebene beim
Durchtritt durch die Zelle gedreht. Dies geschieht entsprechend der Verdrehung, der der nematische Flüssigkristall zwischen den Zellenwänden unterworfen ist. Da die homogene nematische Phase eines positiv-dielektrischen,
anisotropen Flüssigkristalls durch die Anwendung eines
elektrischen Feldes zerstört werden kann, hat solch eine
Flüssigkristallzelle eine Nutzanwendung als Lichtschalter. Zu diesem Zweck wird in einer Ebene polarisiertes Licht
auf die Zelle gerichtet, wobei die Polarisationsebene
parallel oder senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur an der Eintrittsfläche der Zelle liegt.
Wenn kein elektrisches Feld angelegt ist, folgt das in einer Ebene polarisierte Licht der Drehungsrichtung der in der
nematischen Phase vorliegenden Flüssigkristallmoleküle und tritt aus der Zelle durch die gegenüberliegende Zellenwand mit einer anderen Polarisationsebene als der Polarisationsebene an der Eintrittsfläche aus. Man kann die Anordnung so treffen, dass die Polarisationsebene des Lichts aufgrund
des Durchtritts durch die Zelle um 90° gedreht wird, so dass das Licht aus der Zelle mit einer solchen Polarisationsebene austritt, die parallel zu der Polarisationsebene eines Analysators liegt, der gegenüber einem Polarisator auf der Eintrittsseite der Zelle querliegt. Das Licht wird daher beim Durchtritt durch die Zelle in seiner Intensität im wesentlichen nicht geschwächt. Wenn ein elektrisches Feld oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts an die Zelle angelegt wird, wird die nematische Phase des Flüssigkristalls zerstört und der Flüssigkristall nimmt eine homeotrope Phase an.

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Die Polarisationsebene des durch die Zelle hindurchtretenden Lichts bleibt dann unverändert, so dass das Licht von dem querstehenden Analysator blockiert wird. Alternativ kann ein Parallelpolarisator und Analysator verwendet werden, wobei in diesem Fall die Zelle das polarisierte Licht blockiert, wenn der Flüssigkristall in seiner homogenen Phase ist und das Licht durchlässt, wenn der Flüssigkristall in seiner homeotropen Phase ist.

Eine Flüssigkristallzelle der oben beschriebenen Art kann Anzeigen mit einem scharfen Kontrast erzeugen. Elektrooptische Anzeigen können auch unter Verwendung von Flüssigkristallzellen dadurch erzeugt werden, dass man die dynamischen Lichtstreuungseigenschaften einiger Flüssigkristallmaterialien ausnutzt. In der nichtangeregten Phase lässt der Flüssigkristall planpolarisiertes Licht in der oben beschriebenen Weise mit einer verhältnismässig geringen Streuung durch, während das Flüssigkristallmaterial das in die Zelle eintretende Licht streut, wenn der Flüssigkristall einem elektrischen Feld oberhalb eines Schwellenwerts ausgesetzt wird. Diese Eigenschaft kann wie die oben beschriebene Eigenschaft dazu ausgenutzt werden, eine Lichtanzeige auf einem dunklen Hintergrund oder eine dunkle Anzeige auf einem hellen Hintergrund je nach den Beleuchtungs-(oder Polarisations- )bedingungen zu erzeugen.

Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird eine Flüssigkristallzelle als eine Einrichtung definiert, die aus zwei parallelen, flachen, transparenten Zellenwänden, zwischen denen ein Flüssigkristallmaterial enthalten ist, und einer Vorrichtung besteht, um eine Potentialdifferenz zwischen Elektroden auf den Innenflächen der Zellenwände anzulegen, wobei das Flüssigkristallmaterial von der homogenen Phase in die homeotrope Phase übergeht, wenn die an die Zelle angelegte Potentialdifferenz einen vorbestimmten Schalt-Schwellenwert übersteigt.

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Durch die Erfindung wird eine Analog-Anzeigeeinrichtung angegeben, die eine Flüssigkristallzelle der oben definierten Art, eine Einrichtung, um eine Spannung entlang einer der Elektroden anzulegen, so dass ein Potentialgradient entlang der Elektrode erzeugt wird, und eine Einrichtung hat, um an die andere Elektrode ein Potential in der Weise anzulegen, dass in einem Bereich innerhalb der Zelle je nach der Grosse des Potentials die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kleiner als der Schalt-Schwellenwert des Flüssigkristallmaterials ist, während die Potentialdifferenz grosser als der Schwellenwert ausserhalb dieses Bereichs ist, so dass der Flüssigkristall in einer homogenen Phase innerhalb des Bereichs und in einer homeotropen Phase ausserhalb des Bereichs ist. Dadurch wird eine sichtbare Anzeige erzeugt, wenn Licht auf die Zelle unter solchen Bedingungen gerichtet wird, bei denen das austretende Licht entsprechend der Phase des Flüssigkristalls in dem von dem Licht durchsetzten Bereich modifiziert ist.

Die Flüssigkristallzelle ist in der Praxis in einem optischen System angeordnet, so dass eine sichtbare Anzeige der gewünschten Art geliefert wird. Vorzugsweise wird die Zelle mit planpolarisiertem Licht beleuchtet, das in die Zelle durch eine Zellenwand eintritt, wobei seine Polarisationsebene parallel oder senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der Seitenwand ist. Wenn der Flüssigkristall sich in der homogenen Phase befindet, verlässt das Licht die Zelle durch die andere Zellenwand, wobei seine Polarisationsebene parallel bzw. senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der anderen Zellenwand ist. Der Analysator ist an der anderen Zellenwand angeordnet. Die Polarisationsrichtung des Analysators kann parallel zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der auf der Austrittsseite liegenden Zellenwand liegen, wobei diese Richtung vorzugsweise senkrecht zu der Polarisationsebene des in die Zelle eintretenden Lichts steht. Bei dieser Anordnung

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besteht die von der Einrichtung gegebene Anzeige aus einem hellen oder beleuchteten Bereich, wo die Potentialdifferenz zwischen den zwei Elektroden kleiner als der Schwellenwert ist. Der helle Bereich wird auf einem dunklen Hintergrundsbereich gesehen, wo die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden grosser als der Schwellenwert ist. Alternativ kann der Analysator mit seiner Polarisationsrichtung senkrecht zu der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der austrittsseitigen Zellenwand angeordnet sein, wobei in diesem Fall die von der Einrichtung gelieferte Anzeige aus einem dunklen Bereich, wo die Potentialdifferenz zwischen den zwei Elektroden kleiner als der Schwellenwert ist, auf einem hellen Hintergrund besteht, wo die Potentialdifferenz den Schwellenwert übersteigt. Alternativ kann der Analysator um 90° gedreht sein, so dass eine Schwarz-auf-weiss-Anzeige gegeben wird. Die Schwarz-auf-weiss-Anzeige ist dann bevorzugt, wenn eine schmale Linie angezeigt werden soll, da eine schwarze Linie schmaler erscheint als eine weisse Linie mit derselben Breite.

Die Lage des Bereichs in der Zelle, wo die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kleiner als der Schalt-Schwellenwert ist und wo das Flüssigkristallmaterial sich daher in der homogenen Phase befindet, ändert sich je nach dem an die andere Elektrode angelegten Potential. Wenn andererseits das an die andere Elektrode angelegte Potential feststeht, hängt die Breite dieses Bereichs in der Flüssigkristallzelle von der Grosse des Potentialgradienten ab, der an die eine Elektrode angelegt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Wechselspannung an der einen Elektrode angelegt, und die Einrichtung, die ein Potential an die andere Elektrode anlegt, weist einen Potentiometer auf, der von einer Wechselstromquelle ein Potential ableitet, das zwischen den Extremwerten des Potentialgradienten liegt, der an der einen Elektrode ansteht.

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Zur Darstellung eines schmalen Anzeigebandes ist eine Anordnung bevorzugt, bei der zusätzlich zu der angelegten Wechselspannung eine Wechsel-Vorspannung mit einem Effektivwert (quadratischer Mittelwert) kleiner als die Schwellenwert-Potentialdifferenz zwischen den Elektroden angelegt wird, so dass die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden an keinem Ort unter die Vorspannung abfällt. Die Vorspannung kann durch eine variable Wechselspannungsquelle erzeugt werden, deren Spannung als Vorspannung dem Potential, das an der anderen Elektrode ansteht, überlagert wird. Alternativ kann die Vorspannung aus einer kapazitiven Kupplung zwischen der Wechselspannungsquelle an der einen Elektrode und dem Potentiometer resultieren, der mit der anderen Elektrode verbunden ist.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der an die eine Elektrode angelegte Potentialgradient unveränderlich fest, und das an der anderen Elektrode angelegte Potential variabel, wobei sein Wert eine Grosse oder einen Parameter, der angezeigt werden soll, darstellt bzw. durch diese Grosse oder den Parameter bestimmt ist, so dass die Position des genannten Bereichs in der Zelle, wo das Flüssigkristallmaterial in seiner homogenen Phase ist, sich entsprechend dem an die andere Elektrode angelegten Potential ändert. Das letztere Potential kann beispielsweise von einer Potentiometereinrichtung, beispielsweise dem Benzinstand-Messgerät, einem Temperatur-Messgerät, einem Druck-Messgerät, einem Fahrtmesser oder Tachometer, abgeleitet werden, um eine Analoganzeige zu schaffen. Die Ablesung des Werts der Grosse, die angezeigt werden soll, kann durch eine kalibrierte Skala auf einer der Zellenwände ermöglicht werden, wobei die Skale innerhalb des Bereichs der von dem homogenen Bereich des Flüssigkristallmaterials eingenommenen Positionen liegt.

In einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das an die andere Elektrode angelegte Potential im wesent-

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lichen gleich dem Mittelwert des Potentialgradienten, der an die eine Elektrode angelegt wird, und es ist eine Einrichtlang vorgesehen, um den an die andere Elektrode angelegten Potentialgradienten zu variieren. In diesem Fall hängt die Breite des homogenen Bereichs in der Flüssigkristallzelle von der Grosse des Potentialgradienten ab, der damit zu dem angezeigten Parameter wird. Solch eine Anzeige kann in einer Anzeigeeinrichtung verwendet werden, die in dem Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges auf Kopfhöhe angebracht ist, um dem Fahrer eine Anzeige des minimalen, scheinbaren Abstandes zu geben, der zwischen den Rücklichtern eines voranfahrenden Fahrzeuges bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit eingehalten werden muss, wobei der Potentialgradient, der an die eine Elektrode angelegt wird, von dem Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeuges abgeleitet wird.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Anzeige mit variabler Bandbreite geliefert wird, hat die eine Elektrode einen Mittelabgriff, der mit einer Wechselstromquelle verbunden ist. Die beiden Enden der Elektrode sind miteinander verbunden, so dass die Potentialgradienten zwischen dem Mittelabgriff und den beiden Enden erzeugt werden. Das Potential, welches an die andere Elektrode angelegt wird, ist dabei im wesentlichen konstant. Dadurch wird eine bandartige Sichtanzeige erreicht, wobei die Breite des Bandes von der Grosse der Wechselspannung abhängt. Alternativ kann die Einrichtung zwei Flüssigkristallzellen oder zwei Bereiche derselben Zelle aufweisen, die in Gegenüberstellung angeordnet sind, so dass eine Anzeige geschaffen wird, die zwei Bereiche aufweist, die je nach der Grosse einer beispielsweise von dem Parameter eines Kraftfahrzeuges abgeleiteten Spannung sich aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.

Die erfindungsgemässe Anzeigeeinrichtung kann dazu verwendet werden, mehr als eine einzige Anzeige von verschiedenen Para-

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metern zu liefern. Beispielsweise können mehr als nur ein Paar von Elektroden zu diesem Zweck in der Zelle angeordnet sein, und eine der Elektroden in der Zelle kann mehr als einer Elektrode der Elektrodenpaare gemeinsam sein. Zusätzlich kann dieselbe Zelle, wie sie in der Anzeigeeinrichtung verwendet wird, auch in anderen Anzeigeeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise bei der Anzeige von Kennzeichen oder bei aus sieben Strichen bestehenden Ziffernanzeigen. Die Anzeigeeinrichtung kann auch einen elektro-optischen Verschluss aufweisen.

Da der Potentialgradient, der an der genannten einen Elektrode angelegt wird, einfach die Breite des nematischen Bereichs des Flüssigkristalls und damit die Breite der Sichtanzeige bestimmt, ist die erfindungsgemässe Einrichtung nicht in kritischem Maß empfindlich auf Änderungen in der Speisespannung. Daher ist eine stabilisierte Wechselstromquelle nicht wesentlich, was im Gegensatz zu der herkömmlichen Instrumentenanzeige in 'einem Kraftfahrzeug steht, da diese Anzeigeinstrumente im allgemeinen eine stabilisierte Stromquelle erfordern.

Die erfindungsgemässe Anzeigeeinrichtung ist darüber hinaus besonders für die Projektion sichtbarer Anzeigen, beispielsweise auf die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, geeignet, um eine in Augenhöhe liegende Anzeige zu schaffen. Es kann daher eine Einrichtung vorgesehen sein, um das Licht, welches durch die Zelle hindurchgetreten ist, auf einen Bildschirm, beispielsweise die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges, zu projizieren, um ein Bild der gewünschten Sichtanzeige auf dem Bildschirm zu erzeugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm von einem

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Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung;

Figur 2 eine graphische Darstellung, die den beobachteten Kontrast der Anzeige von einer Flüssigkristallzelle als Funktion der effektiven Spannung darstellt, die zwischen den Zellenelektroden angelegt wird; und

Figuren 3 und 4 zwei Schaltungsanordnungen der erfindungsgemässen Anzeigeeinrichtung, um eine Schmalbandanzeige zu liefern.

Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen. Ein Wechselstrom von einer Wechselstromquelle, beispielsweise einer Wechs.elstrommaschine eines Kraftfahrzeuges, wird über einen blockierenden Kondensator C an einen Spannungsteiler angelegt, der aus einem festen Widerstand R und einem variablen Widerstand VR besteht. Der Kondensator C wird in der Praxis nur dann benötigt, wenn die Wechselstromquelle eine Gleichstromkomponente aufweist. Der variable Widerstand VR weist einen Potentiometer auf, dessen Gleitstück in diesem Ausführungsbeispiel auf Erdpotential gehalten wird. Der Potentiometer bildet in diesem Ausführungsbeispiel einen Bestandteil eines Brennstoff-Füllstandmessgeräts, und die Position des Gleitstücks des Potentiometers wird durch einen Füllstandfühler A (schematisch gezeigt) bestimmt, mit dem das Gleitstück verbunden ist. Das Potential V_ an dem Verbindungspunkt des festen Widerstandes R und des variablen Widerstandes VR hängt von der Position des Gleitstücks des Potentiometers und daher von dem Inhalt des Kraftfahrzeugtanks des Fahrzeuges ab.

Die Wechselspannung wird zwischen den Enden der einen Elektrode E₁ einer Flüssigkristallzelle D angelegt, um einen Wechselspannungspot entialgradienten entlang der Elektrode E^ zu erzeugen. Die Elektrode E₁ ist parallel zu den Wänden W₁ und Wp der Zelle D angeordnet und hat einen Abstand von der zweiten, parallelen Elektrode Ep, an die die Signalspannung angelegt wird. Die Elektroden E₁ und E₂ werden an den Innenflächen

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der Zellenwände W. und W₂ aufgebracht. Diese Innenflächen der Zellenwände haben linienförmige Oberflächenstrukturen in zwei wechselweise aufeinander senkrecht stehenden Richtungen, wobei die Oberflächenstrukturen beispielsweise durch Reiben oder Schleifen erzeugt sind.

Aus der Schaltung ist ersichtlich, dass die Signalspannung V . die an die Elektrode E₀ angelegt wird, eine Grosse hat, die zwischen den Extremwerten des Potentialgradienten liegt, der an der ersten Elektrode E₁ ansteht, so dass bei einer vorgegebenen Null-Position entlang der beiden Elektroden E^, Ep die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E^, E₂ gleich Null ist. Diese Position ist die Mitte eines Bereichs, in dem diese Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E-, und Ε« kleiner als der Schalt-Schwellenwert des Flüssigkristalls L ist, der die Zelle D füllt. Demgegenüber ist die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden E^, Ep ausserhalb dieses Bereichs grosser als der Schalt-Schwellenwert.

Die Null-Position ändert sich in Abhängigkeit von der Grosse der Signalspannung V_ und daher von der Einstellung des variablen Widerstandes VR (Potentiometer), wobei diese Einstellung ihrerseits ein Maß für den Brennstofftankinhalt ist. Das Flüssigkristallmaterial in der Zelle D bleibt in der homogenen Phase in diesem Bereich, wird jedoch in die homeotrope Phase ausserhalb dieses Bereichs umgeschaltet.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Flüssigkristallzelle D so ausgeführt, dass eine Verdrehung von 90° zwischen den beiden Elektroden E. und Ep vorhanden ist. Die gekreuzten Polarisatoren P^ und Pp sind an der Eintrittsfläche und der Austrittsfläche der Zelle angeordnet, wobei ihre Polarisationsrichtungen parallel zu den Schleifrichtungen der jeweiligen Innenflächen der Zellenwände liegen, so dass planpolarisiertes Licht durch die Zelle ohne erheblichen Intensitätsverlust durchgelassen wird, wenn sich das Flüssigkristallmaterial L, durch das das Licht hin-

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durchtritt, sich in der homogenen Phase befindet, in der der Flüssigkristall die Polarisationsebene des Lichts dreht. Andererseits wird das Licht effektiv blockiert, wenn das Flüssigkristallmaterial L in die horaeotrope Phase umgeschaltet wird, bei der es die Polarisationsebene des durchtretenden Lichts nicht dreht. Die Zelle D liefert daher eine leuchtende Analoganzeige in Form eines auf einem dunklen Hintergrund erscheinenden Lichtbandes an dem Bereich, wo der Flüssigkristall sich in der homogenen Phase befindet, dh. an einer Position, die die Einstellung des Potentiometers VR und damit den Brennstofftankinhalt anzeigt.

Es ist zu beachten, dass durch Anordnung anderer Elektroden in derselben Zelle D die gleichzeitige Anzeige verschiedener Parameter in einer einzigen Zelle D möglich wird.

Aus figur 2 ist zu ersehen, dass die Änderung in dem Kontrast, die in der Praxis zu beobachten ist, wenn die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden der Flüssigkristallzelle den Schwellenwert übersteigt, nicht scharf ist, sondern einen Übergang bildet. In dem gezeigten Beispiel, bei dem Diphenyl-Flüssigkristallmaterial verwendet wird, beginnt der Übergang von der homogenen in die homeotrope Phase bei einer effektiven Spannung von 1,5 V zwischen den Zellenelektroden. Der Übergang ist bei 3 V abgeschlossen. Daher ist bei diesem Beispiel die untere Grenze der Schwellenwertspannung 1,5 V. Bei Spannungen unterhalb von 1,5V findet keine Änderung der Phase des Flüssigkristalls statt.

Um das beobachtete Band in einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Art schmaler zu machen, sollte die Anordnung daher so getroffen werden, dass die Spannung zwischen den Elektroden nicht unter 1,5 V abfällt. Bei der Einrichtung von Figur 1, wo eine Potentialdifferenz gleich Null an einem Punkt zwischen den zwei Elektroden vorhanden ist, ist ein toter Bereich auf je-

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der Seite dieses Punkts vorhanden, wo die Spannung zwischen den Elektroden in dem Bereich von O bis 1,5 V liegt, so dass ein verhältnismässig breites Anzeigeband erzeugt wird. Um ein schmales Anzeigeband zu erreichen, sollte daher eine Vorspannung zwischen den zwei Elektroden erzeugt werden, so dass die Spannung zwischen den Elektroden niemals unter diese Vorspannung abfällt. In dem gezeigten Beispiel würde diese Vorspannung 1,5 V betragen. Bei solch einer Anordnung hat das Anzeigeband der Einrichtung dann eine Breite, die der möglichen Spannungsänderung zwischen den Elektroden nur in dem Bereich von 1,5 bis 3 V entspricht, während im Vergleich dazu ein breiteres Band, entsprechend der Spannungsvariation im Bereich von O bis 3 V erzeugt wird, wenn die Spannung zwischen den Elektroden auf Null abfallen kann.

Figur 3 zeigt eine mögliche Schaltung, um eine Vorspannung anzulegen. Dabei wird eine Wechselstromquelle VS mit variabler Spannung verwendet, um eine effektive Vorspannung (quadratischer Mittelwert) von 1,5 V dem Potential zu überlagern, das an der Elektrode E₂ des variablen Widerstandes VR anliegt.

Figur 4 zeigt eine alternative Schaltung, um eine Vorspannung anzulegen. Dabei werden Kondensatoren C₁ und C₂ verwendet, die die Elektrode E₁ und den variablen Widerstand VR an die Wechselstromquelle koppeln. Wenn der Widerstand der Elektrode E₁ gleich R₁ und der Gesamtwiderstand des Potentiometers VR gleich R₂ ist, dann werden die Quotienten C^/R₁ und C₂/R₂ so gewählt, dass eine vorbestimmte Phasenbeziehung zwischen den Wechselspannungen an den Elektroden E₁ und E₂ aufgebaut wird, so dass die erforderliche Vorspannung zwischen den Elektroden erzeugt wird.

Indem man das an die zweite Elektrode E₂ angelegte Potential auf einem konstanten V/ert hält und den an die erste Elektrode E₁ angelegten Potentialgradienten variiert, kann

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die Breite des homogenen Bereichs der Flüssigkristallzelle D entsprechend der Veränderung des Potentialgradienten variiert werden. Wenn dieser Potentialgradient einerseits von einem anzuzeigenden Signal, beispielsweise von dem Tachometer eines Kraftfahrzeuges, abgeleitet wird, hängt die Breite der leuchtenden Anzeige von diesem Wert ab. Die Anordnung kann dann so getroffen werden, dass durch eine geeignete Projektion eine auf Kopfhöhe sichtbare Anzeige auf einer Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe geliefert wird, die aus einem Lichtstreifen besteht, dessen Breite bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges dem beobachteten Abstand zwischen den Rücklichtern eines voranfahrenden Kraftfahrzeuges bei einem minimalen Sicherheitsabstand zwischen den Kraftfahrzeugen entspricht.

In der Praxis wird eine solche auf Kopfhöhe sichtbare Anzeige vorzugsweise durch zwei mit gegensinnig gepolten Potentiometern erzeugte Linienanzeigen der oben beschriebenen Art geliefert, wobei die Potentiometer so geschaltet sind, dass sich die entsprechenden Anzeigelinien horizontal und in entgegengesetzten Richtungen über die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bewegen. Damit wird eine Anzeige aus zwei Linien geschaffen, die durch den erforderlichen, beobachteten Abstand voneinander getrennt sind, den die Rücklichter eines voranfahrenden Fahrzeuges haben müssen, damit dieses Fahrzeug, welches vor dem Fahrzeug mit der Anzeigeeinrichtung fährt, den minimalen Sicherheitsabstand hat.

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Claims

Patentansprüche

Anzeigeeinrichtung mit einer Flüssigkristallzelle, die zwei parallele, flache, transparente Zellenwände hat, zwischen denen ein Flüssigkristallmaterial enthalten ist, und mit einer Einrichtung, um eine Potentialdifferenz zwischen den Elektroden auf den Innenflächen der Zellenwände anzulegen, wobei das Flüssigkristallmaterial von der homogenen Phase in eine homeotrope Phase übergeht, wenn die über der Zelle angelegte Potentialdifferenz einen vorbestimmten Schalt-Schwellenwert übersteigt, dadurch gekennzeichnet , dass eine Einrichtung, um eine Spannung entlang einer der Elektroden (E^) zur Erzeugung eines Potentialgradienten entlang der Elektrode (E^) anzulegen, und eine Einrichtung, um an die andere Elektrode (Eg) ein Potential anzulegen, vorgesehen ist, so dass an einem Bereich innerhalb der Zelle, der von der Grosse des Potentials abhängt, die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kleiner als der Schalt-Schwellenwert des Flüssigkristallmaterials (L) ist, während die Potentialdifferenz ausserhalb dieses Bereichs grosser als der Schwellenwert ist, so dass der Flüssigkristall in dem Bereich in einer homogenen Phase und ausserhalb des Bereichs in einer homeotropen Phase ist, wobei eine sichtbare Anzeige gegeben wird, wenn Licht unter solchen Bedingungen auf die Zellen gerichtet wird, bei denen das austretende Licht entsprechend der Phase des Flüssigkristalls in dem von dem Licht durchsetzten Bereich modifiziert wird.
2. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um eine Wechselspannung an die eine Elektrode (E₁) anzulegen, und eine Einrichtung, um ein Potential an die andere Elektrode (Ep) anzulegen, wobei die Einrichtung eine Potentiometereinrichtung (VR) enthält, die von der Wechselspannung ein Potential (V_) ableitet, das zwischen

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den Extremwerten des an die eine Elektrode angelegten Potentialgradienten liegt.
3. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der an die eine Elektrode (E^) angelegte Potentialgradient festliegt und dass das an die andere Elektrode (Ep) angelegte Potential variabel ist und durch einen Wert oder einen Parameter, der angezeigt werden soll, bestimmt ist bzw. diesen darstellt.
4. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das an die andere Elektrode (Ep) angelegte Potential im wesentlichen gleich dem mittleren Wert des an die eine Elektrode angelegtten Potentialgradienten ist, und dass eine Einrichtung vorgesehen ist, um den an die andere Elektrode (Ep) angelegten Potentialgradienten zu variieren.
5. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Elektrode (E,,) einen Mittelabgriff hat, der mit der Wechselstromquelle verbunden ist, dass die zwei Enden der einen Elektrode miteinander verbunden sind, so dass Potentialgradienten zwischen dem Mittelabgriff und den beiden Enden erzeugt werden, und dass das an die andere Elektrode angelegte Potential im wesentlichen konstant ist, so dass eine bandartige Sichtanzeige erzeugt wird, wobei die Breite des Bandes von der Grosse der Wechselspannung abhängt .
6. Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Wechselspannung eine Wechselstrom-Vorspannung (VS) mit einem Effektivwert kleiner als die dem Schwellenwert entsprechende Potentialdifferenz zwischen den Elektroden angelegt wird, so dass die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden an keiner Stelle unter die Vorspannung abfällt.

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7. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch eine variable Spannungsquelle (VS) erzeugt und dem an die andere Elektrode (E₂) angelegten Potential überlagert wird (Fig. 3).
8. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung durch eine kapazitive Kopplung (C₁,Cp) zwischen der Wechselstromquelle und der einen Elektrode (E^) erzeugt wird, und dass die Potentiometereinrichtung (VR) mit der anderen Elektrode (E2) verbunden ist (Fig. 4).
9. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Elektrodenpaar in einer Flüssigkristallzelle (D) vorgesehen ist, um mehr als eine Sichtanzeige zu liefern.
10. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden in der Zelle mehr als einem Elektrodenpaar gemeinsam ist.
11. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkristallzelle (D) so eingesetzt ist, dass eine Anzeige durch die dynamische Streuung des Lichts erzeugt wird, das durch Bereiche des Flüssigkristalls geschickt wird, wo die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden den Schalt-Schwellenwert übersteigt.
12. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (P^), um die Zelle mit planpolarisiertem Licht zu beleuchten, das in die Zelle (D) durch eine Zellenwand (W₂) eintritt, wobei seine Polarisationsebene parallel oder senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der

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Zellenwand ist, und das (das polarisierte Licht).die Zelle durch die andere Zellenwand (W₁) verlässt, wobei seine Polarisationsebene parallel bzw. senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der anderen Zellenwand (W.) ist, so dass die Polarisationsebene bei Durchtritt des Lichts durch die Zelle,je nachdem, ob der Flüssigkristall (L) in seiner homogenen oder seiner homeotropen Phase ist, gedreht wird bzw. unverändert bleibt, und durch einen Analysator (l?-·,) > der ^an ^er anderen Zellenwand angeordnet ist und auf den das planpolarisierte Licht nach Durchtritt durch die Zelle auftrifft (Fig. 1).
13. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des Analysators (P2) parallel zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der anderen Zellenwand (W,,) liegt, wobei diese Richtung senkrecht zu der Polarisationsebene des in die Zelle eintretenden Lichts ist.
14. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtung des Analysators (Pp) senkrecht zu der Richtung der linearen Oberflächenstruktur auf der Innenfläche der anderen Zellenwand (W-,) der Zelle und parallel zu der Polarisationsebene des in die Zelle eintretenden Lichts liegt.
15. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle zusätzlich einen elektro-optischen Verschluss oder eine andere elektrooptische Anzeigeeinrichtung, beispielsweise eine Kennungs- oder Überschriftsanzeige oder aus mehreren Strichen bestehende Ziffernanzeige, aufweist.
16. Anzeigeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei Flüssigkristallzellen oder zwei Bereiche derselben Zelle, die in Gegenüberstellung angeordnet sind, um eine aus zwei Bereichen bestehende Anzeige

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zu erzeugen, wobei die zwei Bereiche sich in Abhängigkeit von der Grosse einer, beispielsweise von dem Messgerät für die Fahrzeuggeschwindigkeit, abgeleiteten Spannung aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.

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