DE2527485A1

DE2527485A1 - Elektrisch steuerbares anzeigeelement

Info

Publication number: DE2527485A1
Application number: DE19752527485
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Phys Fahrenschon
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-12-30
Also published as: DE2527485C2

Description

"£loktrisch steuerbares Anzeigeelement" Di. vorliegende Erfindung betrifft ein Anzeigeelement, das durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mehrfarbige Darst.llung gestattet, bestehend aus einem ersten Polarisator, einer ersten und zweiten Trägerplatte mit elektrisch leitfähigen Elektrodenanordnungen, die einander gegenüberliegen, und von denen wenigstens eine transparent ist, einer zwischen den Elektrodenanordnungen befindlichen Flüsgigkristallschicht und einem zweiten Polarisator.
Derartige Anzeigeelemente zur mehrfarbigen Anzeige sind bekannt, Entscheidend für die Farberzeugung ist, daß geordnete Strukturen innerhalb der Zelle vorliegen, d. h. daß die Flüssigkristall-Moleküle in ihrer Lage relativ zu den durch die Elektroden gebildeten GrenzflächeS über die gesamte Zellenfläche einheitlich festgelegt und ausgerichtet sind. Bisher wurde ausgegangen von homöotropen Strukturen des Fltissigkristalls, bei denen die Molekülachse (im folgenden Direktoren genannt) senkrecht auf den Elektroden stehen oder auch von homogenen Flüssigkristall-Strukturen, deren Direktoren parallel zu den Grenzflächen ausgerichtet sind. Diese Strukturen werden durch geeignete elektrische Felder deformiert. Die Betriebsfrequenz wird dabei so hoch gewählt, daß keine dynamischen Effekte auftreten. Durch das Fehlen einer Vorzugsrichtung bei den vor beschriebenen Strukturen kommt jedoch keine eindeutige Deformation zustande, d.h. bei homöotropen Strukturen existieren unendlich viele, bei homogenen Strukturen 2 Lösungen. Praktisch bedeutet dies, daß Farben geringer Sättigung bzw. einheitliche Farben nur in verhältnismäßig kleinen Bereichen erzeugt werden können.
Physikalisch gesehen kommt die Farberzeugung dadurch zustande, daß der Flüssigkristall doppelbrechendist,sodaß im elektrischen Feld sich die Orientierung der Moleküle ändert und so unterschiedliche Gangunterschiede der durch-tretenden Lichtwellen unterschiedlicher Wellenlänge auftreten. Aus der Kristallphysik ist bekannt, daß Gangunterschiede zwischen ordentlichen und außerordentlichen Strahlen zwischen Polarisation zu den bekannten Newton-Farben führt. Im vorliegenden Falle kann durch die Wahl der an der Elektroden anliegenden Spannung der Gangunterschied und somit die spektrale Transmission des Anzeigeelementes geändert werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Anzeigeelemente nach Art von Flüssigkristall-Zellen zu schaffen, die zu eindeutigen Deformationszuständen führen und somit eine hohe Farbreinheit auch über große Flächen zu erzielen gestatten.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß zumindest eine Elektrodenanordnung auf einer Trägerplatte in einem Hochvakuumprozeß mit einem Dielektrikum unter einem Winkel abweichend von der Flächennormale bedampft ist und daß zusätzlich Mittel zur Erzeugung einer homöotropen Struktur der Flüssigkristallschicht vorgesehen sind.
Dadurch, daß an den Grenzflächen die Direktoren von 0 bzw. 900 abweichende Winkel bilden und insbesondere diese Winkel an beiden Grenzflächen unterschiedlich sind. Dies führt zu vordeformierten Zellen, da der Direktor innerhalb der Zelle über die Dicke der Flüssigkristallschicht betrachtet allmählich von der einen Stellung in die andere übergeht. Die Deformation ist somit durch die Ebenen vorgegeben, in der sich die Änderung der Direktoren vollzieht.
Ein weiterer Vorteil dieser Zellen liegt in der Tatsache-begründet, daß die Schwellspannung, d. h. die Spannung bis zum Einsetzen einer optischen Änderung stark verringert wird bzw. teilweise ganz verschwindet, so daß derartige Zellen mit geringeren Spannungen als bisher üblich gesteuert werden können.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden beide Grenzflächen unterschiedlich behandelt. Auch bei einer solchen Präparation der Oberflächen kann man einen angestrebten Orionu tierungsustand der Flüsgigkrigtallßchicht erzielen.
So wird die Elektrodenoberfläche der einen Trägerplatte in einem Hochvakuumprozeß mit einem Winkel ç gegen die Flächennormale mit einem Isolator bedampft, Es ist bekannt, daß der Prozeß angewendet auf beide Grenflächen zu homogenen Phasen führt. Aus diesem Grund wird an dieser Oberfläche eine Tendenz zu einer homogenen Orientiefung auftreten. Die Oberfläche der anderen Elektrodenanordnung wird nun so behandelt, daß sich eine homöotrope Struktur einstellt.
Dies kann durch verschiedene Methoden, wie z. B. Reiben mit Lecithin bestimmten Karbonsäuren oder allgemein mit Substanzen, die einen langgestreckten Aufbau aufweisen, und am einen Ende hydrophile und am anderen hydrophore Gruppen aufweisen, geschehen. Durch derartige Maßnahmen stellen sich an den Grenzflächen der Fltissigkristallschich unterschiedliche Randwinkel ein. die in Verbindung mit den elatischen Eigenschaften des flüssigen Kristalls zu einer vordeformierten Struktur führen.
Abb. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zelle, wobei die Striche 8 die Lage der Direktoren kennzeichnen sollen.
Es kann auch zweckmäßig sein, dem Flüssigkristall die vorstehend beschriebenen Substanzen beizumeiigen, um zu vordeformierten Strukturen zu gelangen. Es wird sich daher an der einen Grenzfläche eine ho-öotrope Orientierung einstellen und an der anderen ein Winkel, der aus Kräften für eine senkrecht bzw. parallel Orientierung resultiert.
In Abb. 2 ist dieser Sachverhalt verdeutlicht. Auch eine Bedampfung mit Dielektrikum beider Platten mit verschiedenen Winkeln führt zu den gewünschten Strukturen und kann ggf. besonders zweckmäßig sein.
Es ist vorteilhaft, daß der Grenzflächenwinkel durch den Aufdampfwinkel in einem weiten Bereich verändert werden kann.
Ein weiteres vorteilhaftes Charakteristikum dieser Zellen ist, daß sie sowohl mit Flüssigkristall-1aterial,das eine positive dielektrische Anisotropie aufweist,aufgebaut werden können als auch mit Flüssigkristall-Substanzen negativer dielektrischer Anisotropie. Durch die bei der erfindungsgemäßen Vordeformation auftretenden verschiedenen Winkel ist im elektrischen Feld sowohl eine Kippen in Feldrichtung als auch ein Kippen senkrecht zur Feldrichtung möglich, Die Lage der Schwingungsrichtung der Polarisatoren bestimmt die Transmission des durchfallenden Lichtes. Sie wird maximal wenn sie unter einem Winkel von 450 zu der Aufdampfung steht.
Außerdem können die Polarisatoren sowohl in Hell- als auch in Dunkelstellung zueinander stehen.
Abb. 3 zeigt die bevorzugte Anordnung eines nach der Erfindung arbeitenden Anzeigeelementes. Das Licht 9 einer Lichtquelle durchsetzt einen ersten Polarisator 1, die Flüssigkristallzelle und einen zweiten Polarisator 6. Dabei besteht die Flüssigkristallzelle aus einer ersten Glasplatte 2, die mit einer leitfähigen transparenten Elektrode 3 versehen ist und einer zweiten Glasplatte 5 ebenfalls mit einer transparenten Elektrode 10, wobei zwischen beiden Elektroden einevordeformierte Flüssigkristallschicht 4 liegt.
Diese Anordnung kann in einem Projetkionsverfahren zur anwendung Schirm kommen, wobei die Flüssigkristallschicht auf eineaXabgebildet wird oder in Direktsicht, wenn das Licht auf eine Streuscheibe fällt.
Die Spannungsquelle zur Ansteuerung ist mit 7 bezeichnet. Das Di-Dielektrikum wird zweckmäßig in einer Dicke von 20 bis 500 auf die Elektroden aufgedampft.
Auch die Anordnung in Reflexion ist möglich, wenn hinter der Anordnung eine spiegelnde Fläche angebracht ist oder die zweite Elektrode selbst als Spiegel (Metall) ausgebildet ist. In diesem Fall ist es U. U. von Vorteil, in den Strahlengang zwischen die Polarisatoren eine Verzögerungsplatte zu setzen. An die Elektroden kann nunmehr eine elektrische Spannung gelegt werden, die die spektrale Transmissionanordnung bestimmt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

0? Anzeigeelement, das durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mehrfarbige Darstellung gestattet, bestehend aus einem ersten Polarisator, einer ersten und zweiten Trägerplatte mit elektrisch leitfähigen Elektrodenanordnungen, die einander gegenüberliegen, und von denen wenigstens eine transparent ist, einer zwischen den Elektrodenanordnungen befindlichen Flüssigkristallschicht und einem zweiten Polarisator, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrodenanordnung auf einer Trägerplatte in einem Hochvakuumprozeß mit einem Dielektrikum unter einem Winkel abweichend von der Flächennormalen bedampft ist, und daß zusätzlich Mittel zur Erzeugung einer homöotropen Struktur der Flüssigkristallschicht vorgesehen sind.
2. Anzeigeelement nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektrodenanordnungen mit einem Dielektrikum bedampft sind und sich der Aufdampfwinkel der einen Elektrodenanordnung von dem der anderen Elektrodenanordnung unterscheidet.
3. Anzeigeelement nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfwinkel zwischen 10 und 880. vorzugsweise zwischen 60 und ô5° zur Flächennormalen gerichtet sind.
4. Anzeigeslement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfmaterial Oxide bzw, Fluoride wie SiO SiO2, T102 bzw, NgF2 vorgesehen sind.
5. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-Material negative dielektrische Auisotropie aufweist.
6. Anzeigeblement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-Material positive dielektrische Anisotropie aufweist,
7. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnez, daß in den optischen Strahlengang zwischen die Polarisationsfilter eine weitere doppelbrechende Schicht eingefügt ist.
8. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den optischen Strahlengang eine spiegelnde Fläche eingefügt ist.
9. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgedampte Dielektrikum eine Dicke von 20 bis 500 2 aufweist.
10, Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß beide Trägerplatten aus einem transparenten Isolator bestehen und die Elektrodenanordnung zumindest auf einer, vorzugsweise auf beiden Trägerplatten transparent sind.
11. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerplatte transparent ist und die andere Trägerplatte aus Metall besteht.