DE2527485C2 - Elektrisch steuerbares Anzeigeelement - Google Patents

Abstract

Vorliegende Erfindung betrifft ein Fluessigkristall-Anzeigeelement, das durch Anlegen einer elektrischen Spannung eine mehrfarbige Darstellung gestattet. Derartige Anzeigeelemente zur mehrfarbigen Anzeige sind bekannt, es ist jedoch bisher nur moeglich, in verhaeltnismaessig kleinen Bereichen einheitliche Farben zu erzielen. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, Fluessigkristall-Anzeigeelemente zu schaffen, die eine hohe Farbreinheit auch ueber grosse Flaechen zu erzielen gestatten. Gemaess der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zumindest eine Elektrodenanordnung auf einer Traegerplatte in einem Hochvakuumprozess mit einem Dielektrikum unter einem Winkel abweichend von der Flaechennormale bedampft ist und dass zusaetzlich Mittel zur Erzeugung einer homoeotropen Struktur der Fluessigkristallschicht vorgesehen sind. Dadurch, dass an den Grenzflaechen die FK-Molekuele von 0 bzw. 90 Grad abweichende Winkel bilden und insbesondere diese Winkel an beiden Grenzflaechen unterschiedlich sind, fuehrt dies zu vordeformierten Zellen, da das FK-Molekuel innerhalb der Zelle ueber die Dicke der Fluessigkristallschicht betrachtet allmaehlich von der einen in die andere Stellung uebergeht. Die Deformation ist somit durch die Ebenen vorgegeben, in der sich die Aenderung der Fk-Molekuele vollzieht. Gemaess einer Weiterbildung der Erfindung werden beide Grenzflaechen unterschiedlich behandelt. Auch bei einer solchen Praeparation der Oberflaechen kann man einen angestrebten Orientieru...U.S.W

Description

nerhalb der Zelle über die Dicke der Flüssigkristallschicht betrachtet allmählich von der einen Stellung in uie andere übergehen. Die Deformation ist somit durch die Ebenen vorgegeben, in denen 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 bis- ι ο her üblich gesteuert werden können.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden beide Grenzflächen unterschiedlich behandelt. Auch bei einer solchen Präparation der Oberflächen kann man den angestrebten Orientierungszustand der Flüssigkri-Stallschicht erzielen.

So wird die Elektrodenoberfläche der einen Trägerplatt'· in einem Hochvakuumprozeß mit einem Winkel φ gegen die Flächennormale mit einem Isolator bedampft Es ist z. B. aus der DE-OS 23 16 996 bekannt daß dieser Prozeß angewendet auf beide Grenzflächen einer Zelle zu homogenen Phasen führt Es wird also an dieser schräg bedampften Oberfläche eine Tendenz zu einer homogenen Orientierung 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, mit 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 Behandlungen stellen sich an den gegenüberliegenden Grenzflächen der Flüssigkristallschicht unterschiedliche Randwinkel ein, die in Verbindung mit den elastischen Eigenschaften des flüssigen Kristalls zu einer vordeformierten Struktur führen.

A b b. 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 beizumengen, um zu vordeformierten Strukturen zu gelangen. Es wird sich daher an der einen Grenzfläche eine homöotrope Orientierung einstellen und an der anderen ein Winkel, der aus Kräften für eine senkrecht und parallele Orientierung resultiert.

In A b b. 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-Material, das eine positive dielektrische Anisotropie aufweist, aufgebaut werden können als auch mit Flüssigkristall-Substanzen negativer dielektrischer Anisotropie. Durch die bei der erfindungsgemäßen Vordeformation auftreten den verschiedenen Winkel ist im elektrischen Feld so wohl ein Kippen in Feldrichtung als auch ein Kippen senkrecht zur Feldrichtung möglich.

Die 1 .age der Schwingungsrichtung der Polarisatoren bestimmt die Transmission des durchfallenden Lichtes. Sie wird maximal wenn sie unter einem Winkel von 45° zu der Aufdampfung stellt. Außerdem können die PoIarisatorcn sowohl in Hell- als auch in Dunkelstellung zueinander stehen.

A b b. 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 Flüssigkristailzelle 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 eine voräefonnierte Flüssigkristallschicht 4 liegt Diese Anordnung kann in einem Projektionsverfahren zur Anwendung kommen, wobei die Flüssigkristallschicht auf einem Schirm abgebildet wird oder in Direktsicht wenn das Licht auf eine Streuscheibe fällt Die Spannungsquelle zur Ansteuerung ist mit 7 bezeichnet. Das Dielektrikum wird zweckmäßig in einer Dicke von 20 bis 500 Ä 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 Transmissionsanordnung bestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Elektrisch steuerbares Anzeigeelement, das durch Änderung einer anliegenden elektrischen Spannung eine Änderung der Farbwiedergabe gestattet, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Polarisator, einer dazwischen angeordneten ersten und zweiten Trägerplatte mit elektrisch leitfähigen Elektrodenanordnungen, die sich einander gegenüberliegen und von denen wenigstens eine transparent ist, einer zwischen den Elektrodenanordnungen befindlichen Flüssigkristallschicht und Mitteln zur Erzeugung einer homöotropen Ausrichtung der Flüssigkristallschicht, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den homöotrop ausrichtenden Mitteln zumindest eine Elektrodenanordnung auf einer Trägerplatte ein in einem Hochvakuumprozeß mit eiiiiüi Dielektrikum unter einem Winkel abweichend von der Flächennormalen aufgedampftes Dielektrikum aufweist.

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, 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 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufdampfwinkel zwischen 10 und 88°, vorzugsweise zwischen 60 und 85°, zur Flächennormalen gerichtet sind.

4. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufdampfmaterial Oxide bzw. Fluoride wie SiO, S1O2, T1O2 bzw. MgF2 vorgesehen sind.

5. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkristall-Material negative dielektrische Anisotropie aufweist.

6. Anzeigeelement 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 gekennzeichnet, 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 aufgedampfte Dielektrikum eine Dicke von 20 bis 500 Ä 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.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch ansteuerbares Anzeigeelement, das durch Änderung einer anliegenden elektrischen Spannung eine Änderung der Farbwiedergabe gestattet, bestehend aus einem ersten und einem zweiten Polarisator, einer dazwischen angeordneten ersten und zweiten Trägerplatte mit elektrisch leitfähigen Elektrodenanordnungen, die sich einander gegenüberliegen und von denen wenigstens eine transparent ist, einer zwischen den Elektrodenanordnungen befindlichen Flüssigkristallschicht und Mitteln zur Erzeugung einer homöotropen Ausrichtung der Flüssigkristallschicht

Derartige Anzeigeelemente zur mehrfarbigen Anzeige sind z. B. aus der DE-OS 21 55 241 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 Grenzflächen über die gesamte Zelienfläche einheitlich festgelegt und ausgerichtet sind.

Bisher wurde ausgegangen von homöotropen Strukturen des Flüssigkristalls, 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 vorbeschriebenen 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 doppelbrechend ist, so daß im elektrischen Feld sich die Orientierung der Moleküle ändert und so unterschiedliche Gangunterschiede der durchtretenden 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 den Elektroden anliegenden Spannung der Gangunterschied und somit die spektrale Transmission des Anzeigeelementes geändert werden.

Eine Flüssigkristallzelle ohne Elektrodenanordnungen ist aus der US-PS 38 54 793 bekannt, bei der eine homöotrope Ausrichtung auf dem einen Träger und eine homogene Ausrichtung auf dem anderen Träger erzielt ist. Eine Anregung zu einer allmählichen Farbänderung bzw. zu einer vorbestimmten schrägen Orientierung an wenigstens einer Zellenoberfläche ist dort nicht zu entnehmen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Anzeigeelement der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine reinere Farbdarstellung auch über größere Flächen bei niedrigen Steuerspannungen und verringerter Schwellspannung ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die schräge Bedampfung mit einem Dielektrikum bilden an den Grenzflächen die Direktoren von 0 bzw. 90° abweichende Winkel, die insbesondere an beiden Grenzflächen unterschiedlich sind. Dies führt zu eindeutig vordeformierten Zellen, da die Direktoren in-