DE2738162C2 - Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle und einer Steuerschaltung, welche eine Energiequelle aufweist und zum Aussteuern der Flüssigkristall-Anzeigezelle an letztere angekoppelt ist, wobei die Flüssigkristall-Anzeigezelle eine dünne Schicht aus Flüssipkristallmaterial enthält, in der eine Änderung der Molekülausrichtung und der optischen Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgt, das durch die Energiequelle in vorbestimmten Flächenbereichen der Flüssigkristallschicht mittels wenigstens einer Elektrode erzeugt wird, die mit der Steuerschaltung verbunden ist, wobei die Elektrode eine Form hat, welche dem als Anzeige zu erzeugenden Anzeigeelement komplementär ist.

Eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 21 30 504 bekannt. Das hierin verwendete Flüssigkristallmaterial hat die Eigenschaft, im Be- reich des elektrischen Feldes heller als außerhalb dieses Bereichs zu erscheinen, so daß ein positives Bild der Anzeige, d. h. ein dunkles Bild auf hellem Grund, erzeugt wird.

Die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der w DE-OS 21 30 504 ist insgesamt verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, denn sie hat nicht nur eine komplementär zu dem zu erzeugenden Bild geformte Elektrode und eine zu dieser Elektrode vorgesehene flächig durchgehende Gegenelektrode, sondern darüber hinaus auch &5 noch eine Elektrode, welche genau die Form des als Anzeige zu erzeugenden Bildes hat und von der komplementär geformten Elektrode durch ein Isoliermate rial getrennt ist, das an der Umgrenzung der dem anzuzeigenden Bild entsprechenden Elektrode vorgesehen ist.

Die Flüssigkristallschicht ist zwischen gekreuzten Polarisatoren angeordnet, durch die sie farbig oder schwarz erscheint, also zunächst eine vorherrschende Grandjean-Textur oder »gestörte« Textur hat. Diese Grandjean-Textur oder »gestörte« Textur wird durch ein elektrisches Feld zunächst so geändert, daß sich eine »ungestörte« Textur ergibt, die ein weißes Aassehen hat. Zu diesem Zweck ist sowohl eine dem als Anzeige zu erzeugenden Bild komplementäre Elektrode als auch eine in ihrer Form dem als Anzeige zu erzeugenden Bild direkt entsprechende Elektrode gegenüber der gemeinsamen Grundelektrode vorgesehen. Auf diese Weise soll erreicht werden, daß im Grundzustand der Flüssigkristall-Anzeigezelle, d. h. in dem Zustand, in dem kein Bild erzeugt werden soll, die gesamte Anzeigefläche der Flüssigkristall-Anzeigezelle eine gleichmäßige Textur erhält.

Ausgehend von diesem Grundzustand wird nun das anzuzeigende Bild in der Weise erzeugt, daß die Spannung an der nichtkomplementären Elektrode, also an der Elektrode, deren Form direkt dem zu erzeugenden Bild entspricht, erhöht wird, so daß dadurch Bilder mit transparenten Büdflächen auf weißem oder farbigem Hintergrund erzeugt werden. Das als Anzeige zu erzeugende Bild wird aha nicht durch Anlegen einer Anzeigespannung an die dem zu erzeugenden Bild komplementäre Elektrode, sondern vielmehr durch Anlegen einer Anzeigespannung an die dem zu erzeugenden Bild direkt in ihrer Form entsprechende Elektrode bewirkt.

Insgesamt ist daher die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der DE-OS 21 30 504 verhältnismäßig kompliziert, und zwar sowohl hinsichtlich ihres Elektrodenaufbaus als auch hinsichtlich ihrer Steuerschaltung; darüber hinaus verbraucht sie verhältnismäßig viel Energie.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Anzeige farbig gemacht wird sowie für die Anzeige unterschiedlich großer Bilder, die aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sind, einfach und stromsparend wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Zur Einsparung von elektrischem Strom, der zum Erzeugen einer Anzeige erforderlich ist. weil damit die Moleküle in dem Gast-Wirt-Gemisch des Flüssig kristallmatenals orientiert werden müssen, bleibt also ein Teil der Elektrode in einfacher Weise inaktiviert, was durch Nichtaussteuern der Segmente geschieht, die von den das Anzeigeelement definierenden Segmenten weiter entfernt sind. Dadurch bleibt nur ein so großer farbloser komplementärer Teil im Umfeld des anzuzeigenden Elementes übrig, der ausreicht, daß ein Betrachter dieses Anzeigeelement genügend deutlich farbig auf dem farblosen Untergrund erkennt; der Stromverbrauch ist dadurch der Größe der gerade anzuzeigenden Anzeigeelemente angepaßt.

Es ergibt sich nicht nur eine beträchtliche Energieeinsparung, sondern auch ein einfacherer Aufbau sowohl der Flüssigkristall-Anzeigezelle bezüglich deren Elektroden als auch der Steuerschaltung gegenüber der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der DE-OS 21 30 504, und die Anzeige erfolgt farbig, d. h. mittels

eines farbigen Bildes auf hellem oder nichtfarbigem Untergrund.

HinsichtJich der Verwendung eines Gast-Wirt-Gemisches sei darauf hingewiesen, daß eine solche Farbdarstellung an sich aus dem Buch von Meier, Sackmann, Grabmaier »Applications of Liquid Crystals«, Berlin 1975, Springer Verlag bekannt ist.

Zum besseren Verständnis werden der Stand der Technik und die Erfindung anhand der folgenden Zeichnungen erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche Teile bedeuten; es zeigen:

Fig. la und 1 b schematische Zeichnungen bekannter Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;

Fig. 2a und 2b eine Ansicht einer Anzeige, wie sie, abgesehen von der Verwendung eines Gast-Wirt-Gemisches, von der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach der DE-OS 21 30 504 erzeugt wird;

Fig. 3 eine Ansicht eines einzelnen Anzeigeelements zur Erläuterung der anmeldungsgemäßen Aufgabe; und

Fig. 4 eine erfindungsgemäß modifizierte Ausführung der Anzeige von Fig. 3.

Normalerweise besitzt eine Flüssigkristall-, anzeigevorrichtung, bei der eine Flüssigkristall-Anzeigezelle einschließlich eines Gast-Wirt-Gemisches verwendet wird, eine Bauart, wie sie in den Fig. la und 1 b gezeigt ist. Ein Gast-Wirt-Gemisch 3,4 aus Flüssigkristallmolekülen 3 und pleochroitischen Farbstoffmaterialien 4 ist zwischen transparenten Elektroden 2 α und Ib eingeschlossen und stellt ein größenordnungsmäßig 5 bis 15 μ dickes Dielektrikum zwischen letzteren dar, die sich gegenüberliegende Teile enthalten, die das positive Bild des gewünschten Anzeigeelements begrenzen, beispielsweise einen Buchstaben, und von Substraten 1 α bzw. 1 b getragen werden. Auf oder nahe an und parallel zu der Außenoberfläche des Substrats 1 α ist ein Polarisator 7 für die Polarisierung des einfallenden Lichts vorgesehen. Die Elektroden 2 α und Ib sind durch eine Steuerschaltung mit einer Energiequelle 6 verbunden, mittels deren durch einen normalerweise geöffneten Schalter 5 ein elektrisches Feld an die Flüssigkristallschicht anlegbar ist.

Wie in Fig. la dargestellt ist, liegt der normale Zustand dieser Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vor, wenn der Schalter 5 geöffnet ist, und die Moleküle des Gast-Wirt-Gemisches 3, 4 mit ihren langen Achsen parallel zu dem elektrischen Vektor des einfallenden Lichts, das durch den Polarisator 7 hindurchgeht, ausgerichtet sind, so daß die charakteristische Farbe des Farbstoffmaterials 4 erkennbar ist. Da es im allgemeinen zu bevorzugen isv, daß im normalen Zustand keine erkennbare Anzeige des Anzeigeelements auftritt, besitzt die Anzeigeplatte 8 a. in der die Anzeige erfolgt, geeigneterweise einen gefärbten inaktiven Teil 8, der den Hintergrund der Anzeige ergibt, und der. wie es in dem oberen Teil der Fig. la dargestellt ist, die gleiche oder fast die gleiche Farbe besitzt, wie es die charakteristische Farbe des pleochroitischen FarbstofTmaterials 4 ist. Zur Anzeige wird dsr Schalter 5 geschlossen, so daß sich die Flüssigkristallmoleküle 3. die zwischen den sich gegenüberliegenden Teilen der Elektroden 2 α und 2 b vorhanden sind, mit ihren langen Achsen senkrecht zu dem elektrischen Vektor des einfallenden Lichts ausrichten. Diese Flüssigkristallmoleküle 3 orientieren benachbartes Farbstoffmaterial 4 in der gleichen Ausrichtung, was zur Folge hat, daß der Teil des Gast-Wirt-Gemisches 3, 4, der zwischen den sich gegenüberliegender. Teilen der Elektroden 2 α und Ib vorhanden ist, ein farbloser Teil 9 a wird, der das Anzeigeelement definiert, beispielsweise den Buchstaben L, der gegen den gefärbten Hintergrund des inaktivierten Teils 8 erkennbar ist, wie es im oberen Teil der Fig. Ib dargestellt ist. Mit anderen Worten definieren die Elektroden la und Ib ein positives Muster, entsprechend dem Anzeigeelement, und das Anzeigeelement wird durch eine Wirkung, die sozusagen negativ ist, sichtbar und es wird ein farbloser Teil 9 a er-

zeugt. Zum Zwecke der Unterscheidung von Anzeigeelementen ist es jedoch im allgemeinen bevorzugt, eine positive Anzeige zu erzeugen, d. h. eine Anzeige, bei der ein gefärbtes Element gegenüber einem freien bzw. leeren Untergrund erscheint. Dies gilt besonders dann,

!5 wenn die Anzeige nicht direkt angesehen wird, sondern durch ein Reflexionssystem übertragen wird.

In den Fig. 2a und 2b ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dargestellt, die dem Stand der Technik gemäß der oben erörterten DE-OS 21 30 504 inso-

weit entspricht, als eine im vorstehenden Sinne positive Anzeige erzeugt wird, wobei jedoc*" über den Stand der Technik hinaus in der nachstehenden Erläuterung davon ausgegangen wird, daß zum Erzeugen einer gefärbten Anzeige ein Gast-Wirt-Gemisch verwendet wird, so daß nachstehend zunächst eine Zwischenrufe zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung anhand der Fig. 2a und 2b erläutert wird:

Die Flüssigkristall-Anzeigezelle ist mit einer äußeren Steuerschaltung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, verbunden. Die Elektroden umfassen die gesamte Fläche der Anzeigeplatte 8 a, ausgenommen das Segment 8', das dem Anzeigeelement entspricht. In Abwesenheit eines von außen angelegten Feldes wird die gesamte Anzeigeplatte 8 a von dem gefärbten Teil 86, wie in Fig. 2a dargestellt ist, eingenommen. Wird jedoch ein elektrisches Feld angelegt, dann werden die Moleküle des Gast-Wirt-Gemisches, ausgenommen in den Teilen, die nicht zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden liegen, mit ihren langen Achsen senkrecht zu dem elektrischen Vektor des einfallenden Lichts orientiert, so daß ein farbloser Teil ^qa erzeugt wird, der ein Segment 8', das gefärbt bleibt, umgibt, da die Moleküle des Gast-Wirt-Gemisches in diesem Teil, der dem Segment 8' entspricht, in ihrer normalen Ausrichtung verbleiben. Dps bedeutet, daß hier durch eine dem Anzeigeelement komplementäre Form der Elektroden eine positive farbige Anzeige, d. h. ein farbiges Anzeigeelement auf farblosem Untergrund erzeugt wird, wenn ein äußeres Feld ange legt wird.

Diese Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung besitzt zwar den Vorteil, daß es nicht erforderlich ist, ein elektrisches Feld anzulegen, um die Flüssigkristall-Anzeigezelle irr. neutralen Zustand zu halten. Wenn jedoch die Anzeige platte 6a, wie in Fig. 3 gezeigt, sehr groß und so aus gebildet ist, daß mittels mehrerer Segmente 8' (·<οη denen in Fig. 3 und 4 nur eines dargestellt ist) wahlweise große oder kleine Anzeigeelemente anzeigbar sind, dann tritt im Vergleich mit entsprechenden be kannten Flüssig'-ristall-Anzeigevorrichtungen, in denen die Elektroden eine Form haben, welche direkt gleich derjenigen des jeweiligen Anzeigeelements ist, der Nachteil eines größeren Stromverbrauchs auf, da eine Orientierung von Molekülen einer großen Menge an Gast-Wirt-Gemisch 3,4 erforderlich ist, um den farblosen Teii 9 a zu emugen, der die Anzeigeelement^ umgibt. Dieser Nachteil wird bei der in Fig. 4 dargestellten

Ausführungsform der Erfindung dadurch beseitigt, daß das jeweilige durch Segmente 8' angezeigte Anzeigeelement von einem ein größenmäßig entsprechendes Ausmaß besitzenden komplementären Teil 9 der Elektrode umgeben ist, der seinerseits von dem äußeren inaktiven Teil 8 der Elektrode umfaßt ist, über den kein elektrisches Feld an das Flüssigkristallniaterial angelegt wird, welches ein Gast-Wirt-Gemisch mit einem pleochroitischen FarbstofTmaterial ist.

Der Teil 8 kann einfach dadurch erzeugt werden, daß man die entsprechenden, durch Ätzen oder anderes Behandeln erzeugten Teile der Elektroden inaktiviert läßt, die den Teil 9 umgeben, und ausreichend von den Segmenten 8', die das Anzeigeelement definieren, entfernt sind, so daß dadurch die Erzeugung eines farblosen Untergrunds im Bereich des komplementären Teils 9 erzielt wird, der für eine leichte Erkennung des Anzeigeelements, wie in Fig. 4 gezeigt, groß genug ist.

Bei der wahlweise.?) Anyp.iae von omßp.n nder kleinen

Anzeigeelementen wird also mittels der Steuerschaltung bewirkt, daß das jeweilige Anzeigeelement als gefärbter Teil in einem farblosen Teil sichtbar wird, der ein geeignetes Ausmaß besitzt und selbst von gefärbton Teilen der Anzeigeplatte umgeben ist.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird als Gast-Wirt-Gemisch ein solches verwendet, das normalerweise, d. h. bei Nichteinwirken eines elektrischen Feldes, gefärbt ist und farblos wird, wenn ein elektrisches Feld daran angelegt wird. Das hierfür erforderliche Flüssigkristallmaterial ist ein solches mit sogenannter positiver elektrischer Farbstoffanisotropie, dessen Moleküle im allgemeinen parallel zu dem elektrischen Vektor des einfallenden Lichts in Abwesenheit eines angelegten elektrischen Felds und senkrecht dazu in Abwesenheit eines elektrischen Felds ausgerichtet sind. Ein Gemisch aus pleochroitischem FarbstofTmaterial und positivem elektrischem Farbstoffanisotropie-Flüssigkristallmaterial ist daher normalerweise gefärbt und wird farblos, wenn ein elektrisches Feld daran angelegt wird.

Die erforderliche Ausrichtung der Moleküle solcher Materialien kann durch vergleichsweise klein bemessene elektrische Felder erreicht werden, wenn die Moleküle ein starkes Dipolmoment besitzen, das an ihren langen Achsen wirkt. Wirtsmaterialien liegen geeigneterweise in Form nematischer, smektischer oder cholesterinischer Flüssigkristalle vor. Ein Beispiel fur verwendbare nematische Flüssigkristalle ist Cyanobiphenyl. Weitere Beispiele für Gastmaterialien mit positiver elektrischer Farbstoffanisotropie sind nematische Kristalle, die mindestens eine der Verbindungen der fogenden Formeln

RO-

CN

-CN

CN enthalten, worin R eine Alkylgruppc der allgemeinen Formel C_nII_2n ,, bedeutet und η eine Zahl von 1 bis 8 bedeutet.

Beispiele von Molekülstrukturen geeigneter nematischer Kristalle sind:

CN

R'

worin R' und R" beide Gruppen der allgemeinen Formeln C„H₂„_t|- und C_nH₁J_n,,,O- bedeuten und η eine Zahl von 1 bis 8 bedeutet. Diese nematischen Flüssigkristalle können unter Bildung von Wirtsmaterial mi' cholesterischen Flüssigkristallen oder mit einer bestimmten Menge an optisch aktiven Verbindungen dotiert werden. Spezifische Beispiele solcher Dotierungsmaterialien sind Cholesterylmyristat, Cholesterylnonanoat, Cholesteryllaurat, Cholesteryldecanoat. Cholesterylchlorid, Cholesterylbromid, Cholesterylp-nitrobenzoat. Cholesteryioleylcarbonat, Cholesteryl-2 - äthoxy - äthoxyäthylcarbonat, 2 - MethyIbuty 1 - ρ - nmethoxybenzylidenamino-cinnamat, 2-Methylhutyl-pn-cyanobenzylidenaminocinnamat, p-Äthoxy-p-2-methylhutylazoxybenzol, p-2-Methylbutoxy-p-cyannbiphenyl und p-Cyanophenyl-p-2-methylbutylbenzoat. Beispiele geeigneter pleochroitischer Farbstoffmaterialien. die das Gastmaterial ergeben, sind die stark dichroitischen Farbstoffe Sudanschwarz B, Sudanrot BB, Sudan HI und 4-Nitro-4'-dimethylaminoazobenzol. Weitere Beispiele sind pleochroitische Farbstoffmaterialien, die beispielsweise die folgenden Strukturen besitzen:

CH,

O₂N

CN

NH_n /CH₃ C

= N S

C₂H<

C₂H₅

= (CH —

S,

C-N

/ \ O C₂H₅

Hierzu l Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Flüssigkristall-Anzeigezelle und einer Steuerschaltung, welche eine Energiequelle aufweist und zum Aussteuern der Flüssigkristall-Anzeigezelle an letztere angekoppelt ist, wobei die Flüssigkristall-Anzeigezelle eine dünne Schicht aus Flüssigkristallmaterial enthält, in der eine Änderung der Mole- külausrichtung und der optischen Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgt, das durch die Energiequelle in vorbestimmten Flächenbereichen der Flüssigkristallschicht mittels wenigstens einer Elektrode erzeugt wird, die mit der Steuerschaltung verbunden ist, wobei die Elektrode eine Form hat, welche dem als Anzeige zu erzeugenden Anzeigeelement komplementär ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   (a) auf der Anzeigeplatte (8 a) sind mehrere Segmentc '.80 so ausgebildet, daß wahlweise große oder kleine Auzeägeelemente anzeigbar sind;

   (b) das jeweilige angezeigte Anzeigeelement ist von einem ein an die Größe des Anzeigeelementes angepaßtes Ausmaß besitzenden korn- plementären Teil (9) der Elektrode umgeben;

   (c) dieser ist seinerseits von einem äußeren inaktiven Teil (8) der Elektrode umfaßt, über den kein elektrisches Feld an das Flüssigkristallmaterial angelegt wird; und

   (d) das Fiüssigkristallmatrial ist ein Gast-Wirt-Gemisch (J, 4) mit einem pleochroitischen Farbstoffmaterial.