DE2556140C2 - Flüssigkristallanzeigeelement für den Reflexionsbetrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristallanzeigeelement für den Reflexionsbetrieb mit einem in Betrachtungsrichtung vorderen durchsichtigen Substrat, das auf seiner Vorderseite einen Polarisator und auf seiner rückwärtigen Innenseite durchsichtige Dünnschichtelektroden trägt, mit einer rückwärtigen, durchsichtige Dünnschichtelektroden, einen Polarisator und einen Reflektor aufweisenden Substratstruktur und mit einem zwischen beiden Substratstrukturen eingeschlossenen seitlich hermetisch gegen die Umgebung abgedichteten Flüssigkristall.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Reflexionsanzeigeelement, dessen Flüssigkristall im Feldeffektmode steuerbar ist.

Gebräuchliche Flüssigkristallanzeigeelemente der genannten Art weisen in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel zum Teil starke Schattenbilder auf. Nur innerhalb eines kleinen Betrachtungswinkelbereichs um die Normale zur Anzeigefläche treten solche Sekundärbilder nicht störend auf. Durch diese Sekundär- oder Schattenbilder wird die Randschärfe der Darstellung beeinträchtigt. Bei der Darstellung relativ kleiner Bildelemente können diese unter ungünstigen Umständen sogar vollständig übersehen werden. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß solche Schattenbilder auf die gebräuchliche Bauweise der Reflexionsanzeigeeiemente zurückzuführen ist bei der ein relativ großer Abstand zwischen der rückwärtigen Fläche des Flüssigkristalls und der reflektierenden Oberfläche liegt Bei der gebräuchlichen Bauweise liegt ein etwa 0,6 bis 2ß mm dickes Glassubstrat vor dem Polarisator und der reflektierenden Oberfläche. Auf dem Glassubstrat sind die Dünnschichtelektroden angebracht die mit dem Flüssigkristall in Berührung stehen.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein optisches Anzeigeelement der genannten Art zu schaffen, das als »Weiterwinkelanzeigeelement« bezeichnet werden kann und auch bei Betrachtung unter einem relativ flachen Winkel zur Anzeigeoberfläche ohne Schattenbild, konturscharf und mit guter Auflösung gelesen werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Anzeigeelement der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist daß die rückwärtigen Dünnschichtelektroden direkt auf der Oberfläche des rückwärtigen Polarisators liegen, dessen gegenüberliegende rückwärtige Oberfläche direkt an die optisch reflektip^rende Oberfläche des Refldctors grenzt

Zusätzlich kann ein zweites rückwärtiges Substrat hinter dem Reflektor vorgesehen sein. Durch die Distanzverkürzung zwischen der rückwärtigen Oberfläche des Flüssigkristalls und der optisch reflektierenden Oberfläche wird eine hohe Konturschärfe und eine gute optische Auflösung selbst bei relativ flachem Betrachtungswinkel erzielt. Trotz der Verwendung von zwei zu beiden Seiten des Flüssigkristalls liegenden Polarisatoren braucht das Anzeigeelement nur mit einer durchsichtigen Substratplatte versehen zu sein, während die rückwärtige Substratplatte undurchsichtig sein kann. So können nicht nur die optischen Keniaten, insbesondere der »zulässige« Betrachtungswinkel verbessert und vergrößert, sondern auch die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten des Reflexionsanzeigeelementes verbessert werden.

Der Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 im Schnitt ein Anzeigeelement nach dem Stand der Technik;

Fig.2 im Schnitt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig.3 den Strahlengang in einem Anzeigeelement nach dem Stand der Technik;

Fig.4 den Strahlengang in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das in F i g. 1 gezeigte Reflexionsanzeigeelement 11 zum Betrieb im Feldeffektdiode nach dem Stand der Technik weist ein durchsichtiges Substrat 11 auf, auf dessen äußerer, in Betrachtungsrichtung vorderer Seite ein Polarisator i2 und auf dessen in Betrachtungsrichtung rückwärtiger Innenseite durchsichtige Dünn-Schichtelektroden 14 angebracht sind. Die Gegenelektroden 17 sind auf der inneren (vorderen) Oberfläche eines rückwärtigen ebenfalls durchsichtigen Substrats 18 angebracht. Zwischen beiden Substraten liegt der Flüssigkristall 16, der im Feldeffektmode betrieben wird. Der Flüssigkristall 16 ist seitlich durch eine Randdichtung 20 gegen die Umwelteinflüsse hermetisch abgeschirmt. Auf der rückwärtigen Oberfläche des rückwärtigen Substrats 18 ist ein Polarisator 19 aufgebracht.

dessen rückwärtige Oberfläche auf der Oberfläche des Reflektors 21 liegt Der Abstand zwischen der rückwärtigen Oberfläche des Flüssigkristalls 16 und der optisch reflektierenden Oberfläche des Reflektors 21 ist d 1.

In der Fi g. 2 ist im Schnitt ein Reflexionsanzeigeelement der Erfindung mit gleicher Bauhöhe T wie das Anzeigeelement 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Wie das in der F i g. 1 gezeigte Anzeigeelement weist auch das Anzeigeelement der Erfindung (F i g. 2) einen vorderen Polarisator 22, ein vorderes durchsichtiges Substrat 23, auf dessen Innenfläche Dünnschichtelektroden 24, diesen gegenüberliegende ebenfalls durchsichtige Dünnschichtelektroden 27 und zwischen diesen einen Feldeffekt-Flüssigkristall 26 auf, der seitlich durch eine Randabdichtung 33 hermetisch gegen die Umwelteinflüsse abgeschlossen ist Im Gegensatz zum Anzeigeelement nach dem Stand der Technik liegen die rückwärtigen Gegenelektroden 27 jedoch nicht auf der Oberfläche eines optisch funktionslosen und inerten Substrates, sondern auf der vorderen (innerer.) Obei fläche des rückwärtigen Polarisators 28. Der Flüssigkristall ist also rückwärtig durch die Oberfläche der rückwärtigen Elektroden 27 und die von diesen nicht bedeckten Oberflächenbereiche des Polarisators 28 begrenzt und steht mit diesen in Berührung. Unmittelbar rückwärtig angrenzend an den zweiten Polarisator 28 liegt die optisch reflektierende Oberfläche 31 eines Reflektors 29. Ein zusätzliches Substrat 32 kann sich rückwärtig anschließen, wenn die kollektive mechanische Festigkeit des Reflektors 29 und des optischen Polarisators 28 nicht ausreicht um die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 27 zu tragen und gegebenenfalls die Gesamtstruktur des Anzeigeelementes zu stützen. Der funktionell dem Abstand d\ entsprechende Abstand d2 zwischen dem Flüssigkristall 26 und der reflektierenden Oberfläche 21 ist bei gleicher Gesamtbauhöhe T des Anzeigeelementes wesentlich kleiner als der Abstand d 1. Praktisch entspricht der Abstand d2 der Dicke des zweiten (rückwärtigen) Polarisators 28, da gegen diese die Dicke der außerordentlich' dünnen durchsichtigen Dünnschichtelektroden 27 vernachlässigt werden kann. Lediglich in den Zeichnungen ist die Stärke dieser Dünnschichtelektroden aus Gründen der darstellerischen Deutlichkeit weit übermaßstäbj-rh vergrößert

Für diese Zwecke verwendbare Polarisatoren können mit einer Stärke im Bereich von 25 μπι hergestellt werden, so daß der Abstand c/2 also ebenfalls in diesem Bereich liegt. Dagegen bfc'rägt der Abstand d 1 bei den gebräuchlichen Anzeigeelementen gleicher Art etwa 0,6 bis 2,5 mm. Darüber hinaus liegt bei dem in Fig.2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung das rückwärtige Substrat 32 außerhalb des optischen Systems, so daß es auch aus undurchsichtigem Werkstoff bestehen kann.

Der Strahlengang in dem in F i g. 1 gezeigten Bauelement ist in der in F i g. 3 gezeigten Darstellung erläutert. Die Projektion der durchsichtigen Dünnschichtelektrode 17 mag der Fläche 34 auf der Oberfläche des Reflektors 21 entsprechen. Ein Betrachter, der die an der Reflektoroberfläche reflektierten Lichtstrahlen 37a, b, c, und d unter einem Winkel Φ betrachtet wird feststellen, daß das zwischen den Strahlen 37a und 376 sowie zwischen den Strahlen 37c und 37c/reflektierte Licht einen geringeren Kontrast gegen den Untergrund aufweist als das zwischen den Strahlrn 376 und 37c reflektierte Licht. Dies ist auf einen optischen Verdünnungseffekt zurückzuführen, der sich am stärktsen an den äußersten Strahlen 37a und 37c/bem. 'Vbar macht, die zum großen Teil durch feldfreie Bereiche des Flüssigkristalls, also durch Bereiche außerhalb der durch die Elektroden 14 und 17 eingeschlossenen Kristallbereiche, laufen, bevor sie das Auge des Beobachters treffen.
Es sei angenommen, daß der Abstand zwischen den in F i g. 3 gezeigten Strahlen 38a und 386 den gerade noch hinnehmbaren Grad der Schattenbildbildung darstellt Ein größerer Abstand beider Strahlen führt zu einer nicht mehr annehmbaren Unscharfe der auf dem Flüssigkristallanzeigeelement optisch dargestellten Information. Sämtliche Randstrahlen, die nicht weiter als die Strahlen 38a und 386 voneinander entfernt sein sollen, müssen innerhalb eines Betrachtungswinkels betrachtet werden, der nicht größer als der in F i g. 3 gezeigte Win-

kel /?ist Dabei bezeichnen die in Fig.3 dargestellten Hilfsstrahlen 39a und 396 die Gegenstrahien des gleichen Öffnungskegels, auf denen auch die Strahlen 38a und 386 liegen. Bei den gebräuchliche?' Reflexionsanzeigeelementen weisen also nur jene dargestellten Bilder

eine ausreichende Randschärfe auf, die innerhalb eines Betrachtungswinkels mit dem öffnungswinkel β wahrgenommen werden. In der Fig.4 ist der Strahlengang am Anzeigeelement der Erfindung erläutert Die Strahlen 41a, Ό, c und d werden vom Betrachter unter demselben Winkel Φ gegen die Normale 42 gesehen wie in dem in Fig.3 gezeigten Fall. Dabei entspricht jedoch der Abstand zwischen den Strahlen 41a und 416 bzw. zwischen den Strahlen 41c und 41c/dem Abstand, der zwischen den Strahlen 38a und 386 bzw. 39a und 396 in

jo F i g. 3 nach dem Stand der Technik auftritt Die optische Verdünnung der Randkontur tritt in dem in F i g. 4 gezeigten Strahlengang am Anzeigeelement der Erfindung nach F i g. 2 nur zwischen den Strahlen 39 in F i g. 3 entsprechenden Gegenstrahlen des Öffnungskegels sind

in der F i g. 4 ebenfalls als Strahlen 44a und 446 eingezeichnet Sie weisen geg-en die Senkrechte <2 ebenfalls den Winkel Φ auf. Das Anzeigeelement der Erfindung kann also innerhalb eines Öffnungskegels mit dem öffnungswinkel λ mit ausreichender Schärfe der Randkontüren abgelesen werden. Der Winkel λ ist wesentlich größer als der sehr viel engere Betrachtungskegel mit dem öffnungswinkel β in dem in F i g. 3 gezeigten Anzeigeelement nach dem Stand der Technnc. Diese spürbare Vergrößerung des Betrachtungswinkels <x beim Anzeigeelement der Erfindung ist darauf zurückzuführen, daß der Flüssigkristall 26 wesentlich näher an der optisch reflektierenden rückwärtigen Oberfläche 31 liegt als der Flüssigkristall 16 im Element nach dem Stand der Technik, bei dem dieser Abstand rd. 25 bis lOOmalsogroßist.

Beim Anzeigeelement der Erfindung ist das rückwärtige Substrat 32 nur dann erforderlich, wenn die mechanische Festigkeit des Anzeigeelementes die·, erfordert, insbesondere der rückwärtige zweite optische Polarisator 28 und bzw. oder der Reflektor 29 zur mechanisch stabilen Halterung der durchsichtigen Dünnschichtelektroden 27 nicht aus; eichen. Vorzugsweise ist die reflektierende Oberfläche 31 ein dünner aufgedampfter oder aus der Dampfphase niedergeschlagener reflektieren-

der Überzug, der auf der rückwärtigen Oberfläche des Polarisators 28 aufgebracht ist. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die mechanische Eigenfestigkeit des Polarisators 28 ausreicht, um die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 27 mechanisch stabil zu haltern.

Dadurch können dünnere Anzeigeelemente unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Konstruktionselementen hergestellt werden. Bei Verwendung eines zusätzlichen rückwärtigen Substrates 32 braucht dieses.

da es nicht im optischen Strahlengang liegt, nicht durchsichtig zu sein. Dadurch wird die Anzahl der für die Substratscheibe 32 einsetzbaren Werkstoffe wesentlich vergrößert Es können auch undurchsichtige Werkstoffe eingesetzt werden, die nicht im Hinblick auf ihre optisehen Eigenschaften, sondern im Hinblick auf ihre mechanischen, ihre thermischen und bzw. oder chemischen Eigenschaften ausgesucht werden können.

In dem in F i g. 5 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein erster vorderer Polarisator 22 direkt als Substrat und Begrenzung des Flüssigkristalls 26 eingesetzt. Dabei trägt dann auch dieser vordere Polarisator 22 auf seiner rückwärtigen Innenfläche direkt die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 24. Den Dünnschichtelektroden 24 sind auf der gegenüberlie-

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sichtigen Dünnschichtgegenelektroden 27 auf der vorderen Innenfläche des rückwärtigen zweiten Polarisators 28 zugeordnet Auf seiner gegenüberliegenden rückwärtigen äußeren Oberfläche trägt der rückwärtige Polarisator 28 einen reflektierenden Überzug mit der reflektierenden Oberfläche3l.

Bei diesem in F i g. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel dienen also beide Polarisatoren, sowohl der vordere Polarisator 22 als auch der rückwärtige Polarisator 28, sowohl als optische Polarisatoren als auch als mechanische Substrate für den Flüssigkristall und die durchsichtigen Dünnschichtelektroden 24 bzw. 27.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung können sowohl die inneren Oberflächen der Dünnschichtelektroden 24 und 27 als auch die an sie angrenzenden Oberflächenbereiche der sie tragenden Oberflächen mit einem durchsichtigen, in den Figuren nicht dargestellten Überzug beschichtet sein. Solche Oberzüge können die Elektroden in an sich bekannter Weise wirksam vor elektrischer und chemischer Beschädigung schützen. Außerdem können die den Flüssigkristall begrenzenden Oberflächen insbesondere in Gegenwart der einheitlichen Oberflächen dünner durchsichtiger Überzüge mit gleichmäßigen und in einer einheitlichen Richtung ausgerichteten Oberflächentexturen oder Schleifspuren oder Polierspuren versehen sein, um den Flüssigkristallmolekülen eine Vorzugsausrichtung aufzuprägen. Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dieser dünne Überzug auf die Oberflächen der Elektroden 24 und des Substrats 23 und auf die Oberfläche der Elektroden 27 und des Polarisators 28, bei dem in Fig.5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung auf die Oberflächen der Elektroden 24 und des Polarisators 22 sowie auf die Oberflächen der Elektroder. 27 und des Polarisators 28 aufgebracht Der dünne durchsichtige Schutzüberzug liegt also in jedem Fall zwischen dem Flüssigkristall 26 und den durchsichtigen Dünnschichtelektroden 24 und 27.

Die so erhaltenen nüssigkristallanzeigeelemente für den Reflexionsbetrieb und den Betrieb des Flüssigkristalls im Feldeffektmode zeichnen sich also durch eine geringe Bauhöhe, durch eine vereinfachte Bauweise, durch eine größere Randschärfe der optischen Darstellung und durch einen wesentlichen größeren Betrachtungswinkel aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Flüssigkristallanzeigeelement für den Reflexionsbetrieb mit einem in Betrachtungsrichtung vorderen durchsichtigen Substrat, das auf seiner Vorderseite einen Polarisator und auf seiner rückwärtigen Innenseite durchsichtige Dünnschichtelektroden trägt, mit einer rückwärtigen, durchsichtige Dünnschichtelektroden, einen Polarisator und einen Reflektor aufweisenden Substratstruktur und mit einem zwischen beiden Substratstrukturen eingeschlossenen, seitlich hermetisch gegen die Umgebung abgedichteten Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß die rückwärtigen Dünnschichtelektroden (27) direkt auf der Oberfläche des rückwärtigen Polarisators (28) liegen, dessen gegenüberliegende rückwärtige Oberfläche direkt an die optisch reflekiKiende Oberfläche (31) des Reflektors (29) grenzt.

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (29) als Überzug auf der rückwärtigen Oberfläche des rückwärtigen Polarisators (28) ausgebildet ist

3. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein zweites, hinter dem Reflektor liegendes Substrat (32).

4. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß der vordere Polarisator (£2) gleichzeitig als Substrat dient und direkt auf seiner rückwärtigen Innenfläche die durchsichtigen vorderen Dünnscuichtelektroden (24) trägt

5. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Polarisator (28) dünner als 500 μπι, vorzugsweise dünner als 200 μπι, ist

6. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der rückwärtige Polarisator (28) 15 bis 35 μπι dick ist