DE2855668A1

DE2855668A1 - Passive elektrooptische anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2855668A1
Application number: DE19782855668
Authority: DE
Inventors: Fereydoun Gharadjedaghi; Claude Laesser; Yves Ruedin; Eric Saurer; Rene Viennet
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauches SA
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1980-01-10
Also published as: GB2023864B; GB2023864A; CH620774A5

Description

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 ■ PODBIELSKIALLEE 88 D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 49

BERLIN: DIPL.-ΙΝβ. R. MÜLLER-BÖRNER MÜNCHEN: DIPI ING. HANS-HEINRICH WEY

EBAUCHES S .A . dipl.-ing. ekkehard körner

Berlin, den 20. Dezember 1978

Passive elektrooptischβ Anzeigevorrichtung

(Priorität: Schweiz Nr. 6 794/78-9 vom 22.Juni 1978)

11 Seiten Beschreibung mit
7 Patentansprüchen
1 Blatt Zeichnung

Se - 27 443

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BERLIN: TELEFON (O3O) 8 312O88 MÜNCHEN: TELEFON (089) 22558S KABEL: PROPINDUS · TELEX O184O57 - KABEL: PROPI NDUS - TELEX OB 24244

Die vorliegende Erfindung betrifft eine passive elektrooptische Anzeigevorrichtung mit zwei Polarisatoren, zwischen denen eine Anzeigezelle angeordnet ist, die zwei durchsichtige Platten aufweist, die zwischen sich ein Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und nematischer Natur mindestens lokal einschließen, wobei die Innenseiten der Platten Steuerelektroden und Ausrichtungsschichten für die Moleküle des Flüssigkristalls aufweisen.

Es sind bereits sogenannte verdreht-nematische (twisted nematic) Anzeigezellen bekannt, wie sie beispielsweise in der US-PS 3 918 796 beschrieben sind, die folgendes Funktionsprinzip haben: Man spielt mit der Tatsache, daß eine nematische Flüssigkristallschicht, deren Moleküle entlang einer Achse auf einer der Platten und entlang einer senkrecht zur ersten auf der anderen Platte ausgerichtet sind, die Polarisationsebene des Lichts um 90 drehen läßt. Wenn gekreuzte Polarisatoren vor und hinter die Zelle gesetzt werden, wird eine einzige der Lichtkomponenten absorbiert und die Zelle ist durchsichtig. Wenn eine Spannung an die Elektroden der Zelle angelegt wird, entwickelt sich ein Feld, das eine homöotrope Struktur der 2-loleküle des Flüssigkristalls induziert. Aus diesem Grunde dreht sich die Polarisationsebene nicht mehr in den Bereichen, wo das Feld vorherrscht, so daß die zweite Lichtkomponente auf diese Weise absorbiert wird und die Bereiche dann lichtabsorbierend sind. Wenn man die Polarisatoren parallel zueinander anordnet, erhält man eine Zelle mit einer Anzeige, die komplementär zu der vorbeschriebenen ist, d.h. absorbierend in den nicht

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aktivierten und durchsichtig in den aktivierten Bereichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anzeigevorrichtung zu schaffen, die den vorbeschriebenen entsprechende Eigenschaften aufweist, es aber außerdem ermöglicht, die Bestimmung der Topologie der Elektroden der Zelle zu vereinfachen, den Energieverbrauch zu verringern Und Bereiche zu schaffen, die ständige Informationen auf der gleichen Ebene wie die Anzeigesegmente ohne zusätzlichen Vorgang und ohne Steigerung des Verbrauchs der Zelle anzeigen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird arfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen erreicht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand dreier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 Teilschnitte durch drei Ausfuhrungsformen von

passiven elektrooptischen Anzeigevorrichtungen.

Es sei bemerkt, daß in allen diesen Figuren die Dicken der dargestellten Elemente übertrieben sind, um die Klarheit der Zeichnung zu erhöhen.

Die passive elektrooptische Anzeigevorrichtung entsprechend der Fig. 1 umfaßt zwei Polarisatoren 1 und 2, deren Durchgangsachsen al und a2 parallel verlaufen und zwischen denen

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eine Anzeigezelle mit zwei durchsichtigen Platten 3 und 4 beispielsweise aus Glas angeordnet ist, die voneinander durch einen Rahmen 5 in Abstand gehalten werden, an dem die Platten auf dichte Weise angebracht sind, wodurch ein Behälter geschaffen wird, in den ein nematisches Flüssigkristall 6 mit positiver dielektrischer Anisotropie eingeschlossen ist.

Die vordere Platte 3 trägt auf ihrer Innenseite durchsichtige Steuerelektroden 7 beispielsweise aus SnO-, während die hintere Platte 4 auf ihrer Innenseite eine Steuerelektrode 8 ebenfalls aus SnO „ trägt. Die Platte 3 ist innen mit einer ebenen homogenen Ausrichtungsschicht 9 überzogen, die ihrerseits von einer homöotropen Ausrichtungsschicht lO überzogen ist. Letztere ist nahe an den Anzeigebereichen unterbrochen, d.h. an Stellen, die in der Zeichnung mit bezeichnet sind und die Abschnitte bilden. Die Platte 4 ihrerseits ist innen völlig mit einer ebenen homogenen Ausrichtungsschicht 12 überzogen, deren Ausrichtungsrichtung senkrecht zu der der Schicht 9 verläuft. Eine Streuscheibe 13 ist hinter dem hinteren Polarisator 2 angeordnet.

Auf der Fläche der Zelle, die außerhalb der Anzeigebereiche 11 liegt, stehen die Moleküle des Flüssigkristalls einerseits mit der homöotropen Ausrichtungsschicht lO der Platte 3 und andererseits mit der ebenen homogenen Ausrichtungsschicht 12 der Platte 4 in Berührung. Wie die Zeichnung zeigt, erzeugt die Schicht 10 eine homöotrope Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls, während die Schicht 12 eine ebene homogene Ausrichtung der Moleküle erzeugt, die gleichzeitig parallel zur Ebene der Zelle und senkrecht zu der-

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jenigen der Zeichnung verlaufen. Diese Anordnung läßt die Orientierung der Polarisationsebene des Lichts das der Polarisator 1 durchlä_;3t, nicht drehen. Infolgedessen und v/eil der polarisator 2 parallel sum Polarisator 1 ausgerichtet ist, wird nur eine der Komponenten des Lichts auf der Fläche absorbiert, die dennoch klar bleibt.

In den Anzeigebereichen (Abschnitten) 11 stehen die Moleküle des Flüssigkristalls in Berührung mit den ebenen homogenen Ausrichtungsschichten 9 und 12. Da die Ausrichtungsrichtungen dieser beiden Schichten im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufen, induzieren sie in dem Flüssigkristall eine schraubenförmige Struktur, die die Polarisationsebene des vom Polarisator 1 ausgestrahlten Lichts in einem Winkel von ungefähr 90 drehen läßt. Wenn die Polarisatoren 1 und parallel sind, werden die beiden Komponenten des Lichts absorbiert, so daß die nicht aktivierten Bereiche 11 völlig absorbierend sind und dunkel erscheinen.

In den aktivierten Anzeigebereichen wie dem Bereich 11, der rechts in der Fig. 1 liegt, induziert ein elektrisches Feld E in dem Flüssigkristall eine homöotrope Struktur, d.h. eine Struktur, die senkrecht zur Ebene der Zelle verläuft. Die Polarisationsebene des Lichts wird in ihrer Ausrichtung daher nicht mehr verändert. Auf diese Weise werden die Bereiche 11 durchsichtig und verschmelzen mit der ebenfalls durchsichtigen, sie umgebenden Fläche.

Die Ausführungsform der Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 durch den Umstand, daß außerhalb der Anzeigebereiche 11 die hintere Platte 4 ebenfalls mit einer homöotropen Ausrichtungsschicht bedeckt ist, die mit 14 bezeichnet ist.

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Aus der vorbeschriebenen Anordnung ergibt sich, daß auf der außerhalb der Anzeigebereiche liegenden Fläche das Flüssigkristall ein homöotrope Struktur aufweist. Die Polarisationsebene des Lichts wird daher nicht verändert, und die Fläche ist damit durchsichtig wie im Fall der Fig. ;ias die Funktion der Anzeigebereiche 11 betrifft, so entspricht diese derjenigen der Fig. 1.

Die Ausführungsform der Fig. 3 unterscheidet sich von der der Fig. 1 durch den Umstand, daß einerseits die Vorrichtung durch Transmission arbeitet, wobei die Streuscheibe 13 weggelassen wird, und daß andererseits die Durchgangsachsen al und a2 der Polarisatoren 1 bzw. 2 senkrecht zueinander verlaufen. Außerdem hat auf der Fläche außerhalb der Anzeigebereiche die Flüssigkristallschicht eine homogene ebene Struktur und verändert aus diesem Grund nicht die Polarisationsebene der Komponente des Lichts, die den Polarisator 1 durchquert hat. Dieser Bestandteil wird also durch den Polarisator 2 absorbiert. Die Fläche außerhalb der Anzeigebereiche erscheint so dunkel. Nahe den Anzeigebereichen und bei Fehlen eines elektrischen Feldes E induzieren die Ausrichtungsschichten 9 und 12 in der Schicht des Flüssigkristalls eine schraubenförmige Struktur, die die Eigenschaft hat, die Polarisationsebene der Komponente des Lichts, das den Polarisator 1 durchquert hat, um etwa 90° drehen zu lassen. Diese Komponente wird dann durch den Polarisator nicht absorbiert. Die Fläche nahe den Anzeigebereichen erscheint so bei Fehlen des elektrischen Feldes E durchsichtig.

In den beiden ersten Ausführungsformen stellt sich die Anzeige in dunkel auf hellem Feld dar, was im allgemeinen für die Anzeigen, die durch Reflexion arbeiten, begrüßt wird, während

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in der dritten Ausführungsform, die mit Transmission arbeitet, die Anzeige sich in hell auf dunklem Feld darstellt. In diesen drei Fällen wird die Steuerung umgekehrt, v.-obei die Anlegung eines elektrischen Feldes die Wirkung hat, die Anzeigebereiche, die nicht sichtbar sein sollen, "auszulöschen".

Eine Anzeige in dunkel auf hellem Untergrund wird mit einer Vorrichtung erhalten, deren Polarisatoren parallel zueinander stehen, während für eine Anzeige in hell auf dunklem Untergrund die Polarisatoren senkrecht zueinander stehen. Die Vorrichtung arbeitet, ganz gleich, wie die entsprechende Orientierung der Polarisatoren und der Ausrichtungsschichten verläuft. Wenn die Achsen der Polarisatoren senkrecht zur Ausrichtungsrichtung der einen oder der anderen der ebenen Ausrichtungsschichten verlaufen, verhindert man das Auftreten von Interferenzfarben.

Es sei bemerkt, daß die vorliegende Vorrichtung die üblichen Zwänge vermeidet, denen die Bestimmung der Topologie der Elektroden gewöhnlich unterworfen ist. Dort, wo die Projektion des Musters einer Elektrode der vorderen Platte auf der hinteren Platte des Musters einer Elektrode dieser kreuzt, bildet sich ein elektrisches Feld, das dazu neigt, die Moleküle des Flüssigkristalls entsprechend einer homöotropen Struktur auszurichten, einer Struktur, die die Polarisationsebene des Lichtes nicht verändert. Wenn alle beschriebenen Strukturen des Feldes außerhalb der Anzeigebereiche ein solches Verhalten zeigen, besteht keine Gefahr, daß die Kreuzungspunkte ungewollt sichtbar werden. Die Verwirklichung des Musters der Netze der Elektroden, die durch

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die beiden Platten getragen werden, wird erheblich erleichtert. So kann eine der Platten völlig mit einer Leitschicht überzogen sein. Diese Verbesserung kann als eine wesentliche Vereinfachung betrachtet v/erden.

Die verwendeten Ausrichtungsschichten können auf verschiedene Weisen verwirklicht werden:

- die homöotrope Ausrichtung kann mit Hilfe von Aluminiumoxid, Magnesiumfluorid (vgl. DE-OS 23 30 909) oder auch Magnesiumoxid erhalten werden, die auf jede bekannte Weise aufgebracht werden können, beispielsweise durch kathodische Pulverisierung durch Ablagerung in Dampfphase oder durch Verdampfung unter Vakuum, mit einem im wesentlichen normalen Einfallswinkel auf die Unterlage. Man kann auch ein "Surfactant" verwenden wie beispielsweise Lecithin.

Was die ebene homogene Ausrichtung betrifft, so kann diese mit Hilfe von Silizium- oder anderem Oxid erhalten werden, insbesondere entsprechend den durch J.L. JANNING, "Applied Physics Letters" Bd. 21, 1972, S. 173 ff, angegebenen Techniken.

Die ebenen Ausrichtungsschichten können auch durch einfaches Reiben der Unterlage erhalten werden, wobei die Richtung dieser Reibung die Richtung der Ausrichtung bestimmt.

Es sei bemerkt, daß "eben" nicht bedeutet, daß die Achsen der Moleküle genau parallel zur Ebene der Zelle verlaufen, so wie auch "homöotrop" nicht bedeutet, daß diese Achsen genau senkrecht zu dieser Ebene verlaufen. Die Parallelität und die Senkrechtlage sind nur Grenzfälle.

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Es sei auch bemerkt, daß man beispielsweise zur Auferlegung einer Drehrichtung in Schraubenform, wie sie in den linken Anzeigebereichen 11 in den verschiedenen Figuren der Zeichnung dargestellt ist, dem nsmatischen Flüsskristall eine optisch aktive Verbindung zufügen kann, die die Wirkung hat, daß sie bei Fehlen von äußeren Zwängen eine Schraubenform induziert. Eine solche Mischung ist von lokal nematischer Art (siehe E.B. Priestey, RCA Review, Bd. 35, März 1974, S. 84 ff) .

Schließlich kann festgestellt werden, daß man in der vorliegenden Vorrichtung ständige Anzeigebereiche vorsehen kann, d.h. Bereiche von gleichem Bau wie die Anzeigebereiche, denen aber Steuerelektroden fehlen, und die infolgedessen ständig kontrastierend bleiben. Solche Bereiche können beispielsweise einen die Gesamtheit der Anzeigebereiche umgebenden Rahmen darstellen.

Ebenso könnte die vorliegende Vorrichtung leicht mit der klassischen Vorrichtung kombiniert werden, bei der die Abschnitte, die anzeigen sollen, aktiviert werden müssen. Man könnte sich hierfür eine Anzeigezelle vorstellen, die im gleichen Behälter zwei Anzeigefelder aufweist, von denen das eine entsprechend der vorliegenden Vorrichtung und das andere nach verdrehter nematischer Art verwirklicht wird.

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Claims

Patentansprüche

l.J Passive elektrooptische Anzeigevorrichtung mit zwei Polarisatoren, zwischen denen eine Anzeigezelle angeordnet ist, die zwei durchsichtige Platten aufweist, zwischen denen ein Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und nematischer Natur mindestens lokal eingeschlossen ist, wobei die Innenseiten der Platten Steuerelektroden und Ausrichtungsschichten für die Moleküle des Flüssigkristalls aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3,4) nahe den Anzeigebereichen mit im wesentlichen ebenen homogenen Ausrichtungsschichten (9,10) versehen sind, dergestalt, daß die von der Ausrichtungsschicht (9) der vorderen Platte (3) begrenzte Ausrichtungsrichtung im wesentlichen senkrecht zur durch die Ausrichtungsschicht (lO) der hinteren Platte (4) bestimmten Ausrichtungsrichtung verläuft, wodurch in die Schicht des Flüssigkristalls (6) in Abwesenheit eines elektrischen Feldes eine schraubenförmige Struktur induziert wird, während die Ausrichtungsschichten der beiden Platten auf der Fläche außerhalb der Anzeigebereiche Ausrichtungsrichtungen der Moleküle des Flüssigkristalls bestimmen dergestalt, daß eine senkrecht zur Ebene der Zelle verlaufende Ebene besteht, in die sich die Hauptachsen der Moleküle des Flüssigkristalls auf der gesamten Dicke der Schicht einschreiben.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der beiden Polarisatoren (1,2) senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung verlaufen, die durch die eine der Ausrichtungsschichten in den Anzeigebereichen induziert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (1,2) parallel verlaufen, wobei beide senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung verlaufen, die durch die gleiche Ausrichtungsschicht induziert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennz eichnet, daß die Polarisatoren (1,2) senkrecht zueinander liegen, wobei sie jeweils senkrecht zu der Ausrichtungsrichtung verlaufen, die durch die Ausrichtungsschichten jeder der Platten induziert wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Fläche, die außerhalb der Anzeigebereiche liegt, die Ausrichtungsschicht der einen der Platten eine Ausrichtung induziert, die im v/esentlichen eben homogen verläuft, während die Ausrichtungsschicht der anderen Platte eine homöotrope Ausrichtung induziert.
6. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Platten aufgebrachten Ausrichtungsschichten auf der außerhalb der Anzeigebereiche liegenden Fläche ebene homogene Ausrichtungen induzieren, wobei die Ausrichtungsrichtungen parallel zueinander und zu der Richtung der Ausrichtungsschicht verlaufen, mit der eine der Platten in den Anzeigebereichen bedeckt ist.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die auf den Platten aufgebrachten Ausrichtungsschichten auf der außerhalb der Anzeigebereiche liegenden Fläche horaöotrope Ausrichtungen induzieren.

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