DE2933312A1 - REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL AND METHOD FOR PRODUCING A REFLECTOR HAVING A SUBSTRATE - Google Patents
REFLECTIVE LIQUID CRYSTAL DISPLAY CELL AND METHOD FOR PRODUCING A REFLECTOR HAVING A SUBSTRATEInfo
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Description
New York 12305 (USA)New York 12305 (USA)
Reflektierende Flüssigkristallanzeigezelle und Verfahren zur Herstellung eines ein Substrat aufweisenden ReflektorsReflective liquid crystal display cell and method for the production of a reflector having a substrate
Die Erfindung betrifft eine reflektierende Flüssigkristallanzeigezelle mit einer Flüssigkristallschicht, deren erste und zweite Oberfläche sich gegenüberliegen, mit zwei elektriscl leitenden Elektroden, von denen eine mit der ersten Oberfläche in Berührung steht,und mit einer zwischen den Elektroden liegenden elektrischen Schaltung, die die Flüssigkristallschicht veranlaßt, wahlweise Licht durchzulassen oder zu absorbieren. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines ein Substrat aufweisenden Reflektors.The invention relates to a reflective liquid crystal display cell with a liquid crystal layer, the first and second surfaces of which are opposite, with two electrical conductive electrodes one of which is in contact with the first surface and one between the electrodes lying electrical circuit that causes the liquid crystal layer to selectively transmit light or absorb. The invention further relates to a method for producing a substrate having a substrate Reflector.
Flüssigkristallanzeigen sind wegen ihres verhältnismäßig geringen Leistungsverbrauches sehr zweckmäßig. In vielen Anwendungen sind besonders reflektierende Flüssigkristallanzeigen vorteilhaft, bei denen das umgebende Licht reflektiert wird, um die Anzeige sichtbar zu machen, so daß keine zusätzliche, leistungsverbrauchende Lichtquelle erforderlich ist. Eine übliche Anzeigezelle besteht aus zwei Glasplatten mit durchsichtigen, elektrisch leitenden Elektroden auf den jeweils gegenüberliegenden Oberflächen sowie einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial, das den Raum zwischen den Elektroden füllt. Das Flüssigkristallmaterial kann als Wirt für darin gelöste dichroitische Farbstoffe dienen. Die Flüssigkristallschicht gestattet somit wahlweise die Absorption oder das Durchlas-Liquid crystal displays are very useful because of their relatively low power consumption. In many Particularly advantageous applications are reflective liquid crystal displays in which the surrounding light reflects is to make the display visible, so that no additional, power-consuming light source is required is. A common display cell consists of two glass plates with transparent, electrically conductive ones Electrodes on the opposite surfaces as well as a layer of liquid crystal material, that fills the space between the electrodes. The liquid crystal material can act as a host for dichroic dissolved therein Serving dyes. The liquid crystal layer thus allows either absorption or transmission
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sen von Licht in der Flüssigkristallzelle durch die Anwendung einer cholesterischen, nematischen Phasenänderung, die auf die Änderung der Amplitude eines zwischen den Elektroden liegenden elektrischen Feldes anspricht. Andere bekannte Lichtabsorptions/Lichtdurchlaßeffekte können ebenso verwendet werden. Hinter dem rückwärtigen Glassubstrat ist zum Vervollständigen der reflektierenden Anzeigezelle üblicherweise ein diffuser Reflektor angeordnet. Es ist bekannt, daß diese Konstruktionsart der Anzeigezelle sowohl zu einer zusätzlichen Absorption als auch einer zusätzlichen Reflexion in dem rückwärtigen Glassubstrat der Anzeigezelle führt und somit eine starke Abschattung oder Parallaxe durch die Trennung der reflektierenden Oberfläche von derjenigen Oberfläche bewirkt, die der Oberfläche der lichtabsorbierenden Flüssigkristallschicht am nächsten liegt. Es gibt Versuche, die unerwünschte Absorption und Reflexion des rückwärtigen Glassubstrates dadurch zu verringern, daß der Reflektor auf der der Flüssigkristallschicht benachbarten Substratoberfläche angeordnet ist, wie dies in der US-PS 3 963 beschrieben ist. Üblicherweise ist hierbei jedoch eine zusätzliche Schicht zwischen der Flüssigkristallschicht und der Reflektoroberfläche erforderlich, wodurch die Abschattungs-oder Parallaxeeffekte wegen des Abstandes zwischen diesen Schichten bestehen bleibt,Sensing light in the liquid crystal cell by applying a cholesteric, nematic phase change, which responds to the change in the amplitude of an electric field lying between the electrodes. Other known light absorption / transmission effects can also be used. Behind the rear Glass substrate is usually a diffuse reflector to complete the reflective display cell arranged. It is known that this type of construction of the display cell results in additional absorption as well as an additional reflection in the rear glass substrate of the display cell and thus a strong one Shadowing or parallax caused by the separation of the reflective surface from that surface, which is closest to the surface of the light-absorbing liquid crystal layer. There are attempts at the undesirable Reduce absorption and reflection of the rear glass substrate by using the reflector is arranged on the substrate surface adjacent to the liquid crystal layer, as is the case in US Pat. No. 3,963 is described. Usually, however, there is an additional layer between the liquid crystal layer and the reflector surface required, whereby the Shadowing or parallax effects due to the distance persists between these layers,
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige mit verringerter Parallaxe zu schaffen una die Helligkeit der Anzeige zu steigern. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein für die Anzeigezelle geeigneter Reflektor herstellbar ist.The object of the invention is therefore to provide a reflective To create a liquid crystal display with reduced parallax and to increase the brightness of the display. It is also an object of the invention to provide a method with which a reflector suitable for the display cell can be produced.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeigezelle durch die Merkmale des Anspruches gekennzeichnet, während das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Reflektors durch die Merkmale des Anspruches 8 gekennzeichnet ist.The liquid crystal display cell according to the invention is used to achieve this object characterized by the features of claim, while the inventive method for Production of a corresponding reflector is characterized by the features of claim 8.
Bei einer Flüssigkristallanzeige gemäß der Erfindung liegt das reflektierte Licht innerhalb eines auf die Flächennormale der Anzeigeoberfläche bezogenen Sichtwinkels. Die reflektierende Flüssigkristallanzeigezelle gemäß der Erfindung enthält zwei im wesentlichen durchsichtige Substrate, zwischen denen sich eine Flüssigkristallschicht befindet und eine ebene, üblicherweise segmentierte Elektrode, die zwischen dem vorderen Substrat und der vorderen Oberfläche der Flüssigkristallschicht angeordnet ist, während eine reflektierende Beschichtung aus elektrisch leitendem Material auf einer geschliffenen und geätzten innenliegenden Oberfläche des rückwärtigen Substrates aufgewachsen ist. Die elektrisch leitende Beschichtung wirkt sowohl als rückwärtige Elektrode als auch als diffuser Reflektor, der unmittelbar mit der rückwärtigen Oberfläche der Flüssigkristallschicht in Berührung steht. In der elektrisch leitenden reflektierenden Beschichtung können Segmente ausgebildet sein, so daß sich neben der rückwärtigen Oberfläche der Flüssigkristallschicht segmentierte Elektroden ergeben und dennoch ein gleichmäßiges Aussehen des Hintergrundes erhalten bleibt, wobei durch geeignete Wahl des Schleifmaterials und der Ätzlösung sowie der Zeiten eine Oberflächenstruktur erzielt wird,die ein Feld von sphärischen, kuppelähnlichen Gebilden aufweist, die auf der reflektierenden Oberfläche ausgebildet sind und das innerhalb der Flüssigkristallanzeigezelle reflektierte Licht auf einen verhältnismäßig schmalen Kegel begrenzen, der um die Flächennormale der Anzeigeoberfläche angeordnet ist, so daß eine stärkere Anzeigehelligkeit erreicht wird.In a liquid crystal display according to the invention, the reflected light lies within a normal to the surface the viewing angle related to the display surface. The reflective liquid crystal display cell according to the invention contains two essentially transparent substrates with a liquid crystal layer between them and a planar, usually segmented, electrode positioned between the front substrate and the front surface the liquid crystal layer is arranged, while a reflective coating of electrically conductive Material grown on a ground and etched inner surface of the rear substrate is. The electrically conductive coating acts both as a rear electrode and as a diffuse reflector, which is in direct contact with the rear surface of the liquid crystal layer. In the electric Conductive reflective coating may have segments formed so that it is adjacent to the back surface The liquid crystal layer segmented electrodes result in a uniform appearance of the background is retained, whereby by suitable choice of the grinding material and the etching solution and the times a surface structure is achieved that has a field of having spherical, dome-like formations formed on the reflective surface and limit the light reflected within the liquid crystal display cell to a relatively narrow cone, which is arranged around the surface normal of the display surface, so that a stronger display brightness is achieved.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht das rückwärtige Substrat aus Glas, das vor dem etwa 30-minütigen Ätzen in einer iO%igen Flußsäurelösung mit einem Schleifmittel geschliffen wird, dessen Partikeldurchmesser zwischen 5 und 50 /*m liegt, um die gewünschte Oberfläche zu erhalten. Auf der geschliffenen und geätzten Oberfläche wird eine stark reflektierende Beschichtung aus Aluminium oder Silber mit einer Dicke in der Größenordnung von 1000 Angström aufgewachsen, die die reflektierende Oberfläche bildet. Durch die elektrisch leitende Beschichtung hindurch können dünne Linien geätzt werden, um in der Beschichtung voneinander isolierte Segmente zu bilden.In a preferred embodiment, the rear substrate made of glass, the strength before the 30-minute etching in a iO% hydrofluoric acid is ground with an abrasive whose particle diameter between 5 and 50 * is / m, to obtain the desired surface. A highly reflective coating of aluminum or silver, on the order of 1000 angstroms thick, is grown on the ground and etched surface to form the reflective surface. Thin lines can be etched through the electrically conductive coating in order to form segments in the coating that are isolated from one another.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown. Show it:
Fig. 1 eine bekannte Flüssigkristallanzeigezelle im Querschnitt,1 shows a known liquid crystal display cell in cross section,
Fig. 1a den schematischen Strahlengang in einer geschnittenen bekannten Flüssigkristannanzeigezelle,1a shows the schematic beam path in a sectioned known liquid crystal display cell,
Fig. 2 eine Flüssigkristallanzeigezelle gemäß der Erfindung in einem Querschnitt,2 shows a liquid crystal display cell according to the invention in a cross section,
Fig. 2a den schematischen Strahlengang in der geschnittenen Flüssigkristallanzeigezelle nach Fig. 2,2a shows the schematic beam path in the cut liquid crystal display cell according to FIG. 2,
Fig. 3a eine rückwärtige Elektrode mit einem diffusen3a shows a rear electrode with a diffuse one
t)i s 3 ct) i s 3 c
Reflektor für eine Flüssigkristallanzeigezelle in den einzelnen Schritten des Verfahrens gemäß der Erfindung im Querschnitt undReflector for a liquid crystal display cell in the individual steps of the method according to FIG Invention in cross section and
Fig. 3d die rückwärtige Elektrode mit dem diffusen Reflektor nach den Fig. 3a bis 3c in einer perspektivischen Darstellung.FIG. 3d shows the rear electrode with the diffuse reflector according to FIGS. 3a to 3c in a perspective view Depiction.
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In den Fig. 1 und 1a ist zunächst eine reflektierende Flüssigsigkristallanzeigezelle 10 dargestellt, die ein vorderes, aus im wesentlichen durchsichtigem Material hergestelltes Substrat 11, beispielsweise aus Glas od. dgl. aufweist. Eine elektrisch leitende, ebenfalls im wesentlichen durchsichtige Elektrode 12 ist auf der inneren Oberfläche des Substrates 11 hergestellt und steht in einem flächigen Kontakt mit einer Schicht aus Flüssigkristallmaterial 14. Die vordere Elektrode 12 kann verschiedene in ihr ausgebildete durchgehende Nuten oder öffnungen 12a enthalten, um die elektrisch leitenden Abschnitte der Elektrode in Elektrodensegmentabschnitte und Hintergrundelektrodenabschnitte in bekannter Weise zu trennen, wie dies für die Anzeige der gewünschten Symbole, Zeichen oder anderer Markierungen erforderlich ist. Eine zweite,ebene,elektrisch leitende und im wesentlichen durchsichtige Elektrode 15 ist parallel zu der ebenen vorderen Elektrode 12 angeordnet und steht mit der rückwärtigen Oberfläche der Schicht von Flüssigkristallmaterial 14 ebenfalls in flächigem Kontakt. Eine Schicht 18, die aus elektrisch isolierendem Material sein kann und möglichst eine polarisierende Wirkung aufweist, ist zwischen der rückwärtigen Elektrode 15 sowie einem Reflektor 20 angeordnet und dient als rückwärtiger Träger für die Zelle. Es ist ersichtlich, daß die Parallaxe und die Dämpfung des Lichtes, das durch die isolierende Schicht 18 geht, proportional zu dessen Dicke ist und daß im Idealfall die Eliminierung der Schicht 18 zweckmäßig ist. Es ist auch bekannt, die innere Oberfläche 20a des Reflektors 20 mit einer diffusen Oberfläche zu versehen, um ein gewisses Maß an Lichtstreuung zu erzeugen. Geeignete Verschlußeinrichtungen 22 werden dazu verwendet, das Flüssigkristallmaterial zwischen der vorderen und der rückwärtigen Elektrode zu halten.Referring first to Figures 1 and 1a, there is a reflective liquid crystal display cell 10, which is a front, made of substantially transparent material Substrate 11, for example made of glass or the like. An electrically conductive one, also in the substantially transparent electrode 12 is made on the inner surface of the substrate 11 and is in flat contact with a layer of liquid crystal material 14. The front electrode 12 may contain various through grooves or openings 12a formed in it in order to electrically conductive sections of the electrode in electrode segment sections and background electrode sections in in a known manner, such as for the display of the desired symbols, characters or other markings is required. A second, flat, electrically conductive and essentially transparent electrode 15 is arranged parallel to the flat front electrode 12 and faces the rear surface the layer of liquid crystal material 14 also in surface contact. A layer 18 made of electrically can be insulating material and if possible has a polarizing effect, is between the rear Electrode 15 and a reflector 20 are arranged and serves as a rear support for the cell. It can be seen that the parallax and the attenuation of the light which passes through the insulating layer 18 is proportional to its thickness and that in the ideal case the elimination of the layer 18 is expedient. It is also known to be the inner surface 20a of the reflector 20 to be provided with a diffuse surface in order to produce a certain amount of light scattering. Suitable Shutters 22 are used to hold the liquid crystal material between the front and the to hold the rear electrode.
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Angenommen die Flüssigkristallschicht ist für die Ausnutzung des cholesterisch-nematischen Effektes ausgelegt und hat dichroitischen Farbstoff der in dem Flüssigkristallwirtsmaterial gelöst ist, dann sind die Achsen 24a der länglichen Farbstoffmoleküle senkrecht zu den parallelen Elektrodenoberflächen ausgerichtet, wenn ein Schalter 26 geschlossen und eine Wechselspannungsquelle 27 mit einer geeigneten Frequenz und Amplitude an die Elektroden anschaltet ist. Ein in die Flüssigkristallzelle eindringender Lichtstrahl 30 hat eine willkürliche Polarisation, wobei die Polarisationsvektoren 30a und 30b orthogonal zueinander und zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahles 30 angeordnet sind. Die starke Fehlanpassung des Brechungsindex des Substrates 11 (größer als 1,b) und der umgebenden Luft 31 (n = 1,0) bewirkt eine wesentliche Brechung an der Grenzfläche zwischen diesen (vordere Oberfläche 11a des Substrates 11). Der gebrochene Lichtstrahl 32 tritt dann mit verhältnismäßig geringer Abschwächung durch das Substrat 11 und die im wesentlichen transparente Elektrode 12. Da die Polarisationsvektorren orthogonal zu der Ausrichtung der Achsen der Farbstoff moleküle 24a sind, erfolgt eine verhältnismäßig geringe Absorption des Lichtstrahles beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht 14 . Die Brechungsindices des Flüssigkristallmaterials 14 und der Elektroden sowie des Substrates sind zweckmäßig aneinander angepaßt und es tritt an den jeweiligen Trennflächen zwischen den Materialien eine verhältnismäßig geringe Brechung auf. Der Lichtstrahl 30 gelangt nunmehr durch die rückwärtige Elektrode 15 sowie die isolierende Schicht 18 und wird an der vorderen Oberfläche 20a des Reflektors 20 zurückgeworfen. Der Lichtstrahl 32 in der Schicht 18 trifft mit einem Winkel auf die reflektierende Oberfläche 20a und wird wegen der willkürlichen Verteilung der Streuungs-Suppose the liquid crystal layer is for use of the cholesteric-nematic effect and has dichroic dye of the in is dissolved in the liquid crystal host material, the axes 24a are the elongated dye molecules aligned perpendicular to the parallel electrode surfaces when a switch 26 is closed and an AC voltage source 27 is connected to the electrodes with a suitable frequency and amplitude. A light beam 30 entering the liquid crystal cell has an arbitrary polarization, where the polarization vectors 30a and 30b orthogonal to one another and to the direction of propagation of the light beam 30 are arranged. The strong mismatch of the refractive index of the substrate 11 (greater than 1, b) and the surrounding Air 31 (n = 1.0) causes a substantial break at the interface between them (front Surface 11a of the substrate 11). The broken ray of light 32 then passes through the substrate 11 and the substantially attenuation with a relatively small amount of attenuation transparent electrode 12. Since the polarization vectors are orthogonal to the orientation of the axes of the dye are molecules 24a, there is a relatively low absorption of the light beam when passing through the liquid crystal layer 14. The refractive indices of the liquid crystal material 14 and the electrodes as well of the substrate are suitably matched to one another and it occurs at the respective interfaces between the Materials have a relatively low refraction. The light beam 30 now passes through the rear Electrode 15 as well as the insulating layer 18 and is reflected on the front surface 20a of the reflector 20. The light beam 32 in the layer 18 hits the reflective surface 20a at an angle and is due to the arbitrary distribution of the scatter
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winkel an der diffus reflektierenden Oberfläche als Lichtstrahl 34 mit einem anderen Winkel zwischen O und 90°, bezogen auf die Flächennormale 35 der Ebene der reflektierenden Oberfläche 20a, zurückreflektiert. Der Lichtstrahl 34 tritt durch die Schicht 18, die Elektrode 15, die Flüssigkristallschicht 14, die Elektrode 12 sowie das vordere Substrat 11 hindurch und trifft unter einem Winkel θ gegen die Flächennormale 37 der vorderen Substratoberfläche 11a auf die Ubergangsflache zwischen dem vorderen Substrat und der umgebenden Luft 31 auf. Wegen der Zufallsverteilung der Reflexionswinkel, denen der Lichtstrahl 32 hervorgerufen ist, kann der Winkel θ größer als der kritische Winkel (üblicherweise in der Größenordnung von 40 ; der Flüssigkristallzelle sein, wodurch der Lichtstrahl 34 an der vorderen Oberfläche des vorderen Substrates total reflektiert wird und erneut als Lichtstrahl 38 die gesamte Dicke der FlüssigKristallzelle durchlaufen muß, ehe er auf die diffus reflektierende Oberfläche 20a trifft und einer zweiten Reflexion unterworfen wird. Der erneut reflektierte Lichtstrahl 40 tritt wiederum nacheinander durch die Schicht 18, die Elektrode 15, die Flüssigkristallschicht 14 und die Elektrode 12 sowie das vordere Substrat 11 hindurch. Wenn der Winkel θ des Lichtstrahles 40 mit der Flächennormalen 3/' der vorderen Oberrläche 11a der Flüssigkristallzelle kleiner als der kritische Winkel ist, wird das Licht ausgesendet und an der vorderen Substratluftgrenzfläche gebrochen, wobei es aus der Vorderseite der Anzeigezelle als Lichtstrahl 46 austritt, der Polarisationsvektoren 46a und 46b aufweist, die orthogonal zueinander und zu der Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahles 46 sind. Wenn jedoch der neue Winkel Θ1 wiederum größer als der kritische Winkel ist, wird der erneut reflektierte Lichtstrahl 40 nochmals nach innen in die Flüssigkristallschicht totalangle on the diffusely reflecting surface as a light beam 34 with a different angle between 0 and 90 °, based on the surface normal 35 of the plane of the reflecting surface 20a, is reflected back. The light beam 34 passes through the layer 18, the electrode 15, the liquid crystal layer 14, the electrode 12 and the front substrate 11 and hits the transition surface between the front substrate and the surrounding area at an angle θ to the surface normal 37 of the front substrate surface 11a Air 31 open. Because of the random distribution of the angles of reflection caused by the light beam 32, the angle θ can be greater than the critical angle (usually on the order of 40;) of the liquid crystal cell, whereby the light beam 34 is totally reflected on the front surface of the front substrate and again light beam 38 must traverse the entire thickness of the liquid crystal cell before striking the diffusely reflective surface 20a and subjecting it to a second reflection 12 and the front substrate 11. If the angle θ of the light beam 40 with the surface normal 3 / 'of the front surface 11a of the liquid crystal cell is smaller than the critical angle, the light is emitted and refracted at the front substrate air interface, whereby it is from the front the display cell emerges as light beam 46 which has polarization vectors 46a and 46b which are orthogonal to one another and to the direction of propagation of light beam 46. If, however, the new angle Θ 1 is again greater than the critical angle, the light beam 40 reflected again becomes total again inwards into the liquid crystal layer
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reflektiert und muß wenigstens eine weitere Reflexion erfahren, ehe er aus der vorderen Oberfläche der Anzeigezelle austritt. Da zu jedem Durchgang durch das vordere und hintere Substrat 11 und 18 die vordere und die rückwärtige Elektrode 12 und 15 sowie die Flüssigkristallschicht 14 ein gewisser Betrag einer Teilabsorption gehört, ist die von der Anzeigezelle reflektierte Lichtmenge verringert und die Helligkeit der Anzeige ist vermindert. Bei einem extremen Fall mit einer verhältnismäßig rauhen,diffus reflektierenden Oberfläche 20a, bei der eine Zufallsverteilung der Reflexionswinkel auftritt, wird etwa 75% des Lichtes an der Reflexionsoberfläche 20a so gestreut, daß der Einfallswinkel θ größer als der kritische Winkel ist und somit das Licht vor dem Austreten aus der Anzeigezelle einer Anzahl von Reflexionen unterworfen werden muß; wenn die übertragung in einem reflektierenden Bereich (d.h. in einem Bereich, bei dem die Achsen 24a der absorbierenden Moleküle parallel zu der Ausbreitungsrichtung des Lichtes liegen) etwa 70% beträgt, wie dies bei üblichen Flüssigkristallschichten gemessen wird, folgt, daß die Helligkeit der Flüssigkristallzelle nur etwa 60% der Helligkeit beträgt, die erhalten wird, wenn das Licht nicht oberhalb des kritischen Winkels reflektiert wird.reflects and must experience at least one more reflection before coming off the front surface of the display cell exit. Since for each passage through the front and rear substrates 11 and 18, the front and rear Electrodes 12 and 15 and the liquid crystal layer 14 have a certain amount of partial absorption heard, the amount of light reflected from the display cell is decreased and the brightness of the display is decreased reduced. In an extreme case with a relatively rough, diffusely reflective surface 20a, in which a random distribution of the angles of reflection occurs, about 75% of the light is scattered at the reflection surface 20a so that the angle of incidence θ is greater than the critical angle and thus the light before exiting the display cell of a number must be subjected to reflections; if the transmission is in a reflective area (i.e. in a Area in which the axes 24a of the absorbing molecules are parallel to the direction of propagation of the light are about 70%, as measured in conventional liquid crystal layers, it follows that the brightness of the liquid crystal cell is only about 60% of the brightness obtained when the light is not is reflected above the critical angle.
Wenn der Schalter 26 geöffnet ist und somit kein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 12 und 15 anliegt, nehmen die Achsen 24b der Wirtsmoleküle des Flüssigkristalls und der darin gelösten dichroidischen Farbstoffmoleküle eine homogene Orientierung parallel zu den Flächen der gegenüberliegenden inneren Oberflächen der Elektroden an. Die orthogonalen Polarisationsvektoren 30a1 und 30b1 eines eintretenden Lichtstrahles 30' liegen nun parallel zu den länglichen Molekülen, wodurch eine wesentliche Absorption des Lichtes auftrittWhen the switch 26 is open and thus no electric field is applied between the electrodes 12 and 15, the axes 24b of the host molecules of the liquid crystal and the dichroic dye molecules dissolved therein assume a homogeneous orientation parallel to the faces of the opposing inner surfaces of the electrodes. The orthogonal polarization vectors 30a 1 and 30b 1 of an entering light beam 30 'now lie parallel to the elongated molecules, as a result of which a substantial absorption of the light occurs
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und nahezu kein Licht durch die Flüssigkristallanzeigezelle reflektiert wird.and almost no light through the liquid crystal display cell is reflected.
Die in den Fig. 2 und 2a veranschaulichte reflektierende Flüssigkristallzelle 50 verwendet ein vorderes Substrat 11, eine Schicht aus Flüssigkristallmaterial 14 (mit darin gelösten dichroidischen Farbstoffmolekülen dargestellt) und eine im wesentlichen durchsichtige (möglicherweise segment ierten), elektrisch leitende Oberfläche 12, die sandwichartig dazwischenliegt.Ein rückwärtiges Substrat 52 weist eine strukturierte und der Flüssigkristallschicht am nächsten benachbarte Oberfläche 52a auf, die eine Schicht 54 aus einem elektrisch leitenden und reflektierenden Material trägt, wobei die Schicht 54 in flächigem Kontakt mit der rückwärtigen Oberfläche der Flüssigkristallschicht 14 steht. Geeignete Verschlußeinrichtungen 22 werden wiederum zwischen dem vorderen und dem rückwärtigen Bauteil der Anzeigezelle verwendet und schließen die Flüssigkristallschicht 14 ab.The reflective illustrated in Figures 2 and 2a Liquid crystal cell 50 uses a front substrate 11, a layer of liquid crystal material 14 (with dichroic dye molecules dissolved therein) and an essentially transparent (possibly segmented), electrically conductive surface 12 sandwiched between them. A rear Substrate 52 has a structured surface that is closest to the liquid crystal layer 52a, which carries a layer 54 of an electrically conductive and reflective material, the Layer 54 is in flat contact with the rear surface of the liquid crystal layer 14. Suitable Closure devices 22 are in turn between the front and rear components of the display cell used and complete the liquid crystal layer 14.
Die Reflektorbeschichtung 44 ist dadurch gekennzeichnet, daß sie eine mit der Flüssigkristallschicht in Berührung stehende Oberfläche 54a aufweist, die im wesentlichen das gesamte darauf auftreffende Licht unter einem Winkel, kleiner als ein Winkel 0, bezogen auf die Flächennormale 55 der Ebene der Reflektorfläche, reflektiert, wobei der Winkel 0 kleiner als der kritische Winkel der Flüssigkristallschicht ist. Auf diese Weise richtet das über die Flüssigkristallschicht 14 angelegte Feld beim Betrieb mit geschlossenem Schalter 26 die Achsen 24a der dichroidischen Farbstcffmoleküle in den homeotropischen Zustand aus, d.h. im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der vorderen Elektrode 12 und dem elektrisch leitenden Reflektor 54. Ein eindringender Lichtstrahl 60, dessen Polarisationsvektoren 60a und 60b orthogonal zueinanderThe reflector coating 44 is characterized in that that it has a surface 54a in contact with the liquid crystal layer, essentially the all the light incident on it reflects at an angle smaller than an angle 0, based on the surface normal 55 of the plane of the reflector surface, where the angle 0 is smaller than the critical angle of the liquid crystal layer. That way, that fixes applied via the liquid crystal layer 14 during operation with the switch 26 closed, the axes 24a of the dichroid dye molecules into the homeotropic state, i.e. essentially perpendicular to the plane the front electrode 12 and the electrically conductive reflector 54. An penetrating light beam 60, whose Polarization vectors 60a and 60b orthogonal to each other
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und zu der Ausbreitungsrichtung sind, wird an der Grenzfläche zwischen dem vorderen Substrat 11 und der Luft gebrochen, gelangt dann durch das vordere Substrat 11, die vordere Elektrode 12 sowie die Flüssigkristallschicht 14 und trifft als Lichtstrahl 61 auf die diffuse Reflektoroberfläche 54a. Der reflektierte Lichtstrahl 62 liegt innerhalb eines um die Flächennormale 55 gebildeten Kegels, dessen begrenzende Seitenflächen einen Winkel einschließen, der nicht größer als der Winkel 0 ist. Der reflektierte Lichtstrahl 62 durchläuft die Flüssigkristallschicht 14, die vordere Elektrode 12 und das vordere Substrat 11 und trifft auf die Grenzschicht zwischen dem vorderen Substrat 11 und der umgebenden Luft unter dem Winkel 0 auf, der kleiner als der kritische Winkel ist. Der Lichtstrahl 62 gelangt durch die Grenzschicht hindurch und wird dort gebrochen, so daß er aus der sichtbaren Oberfläche der Flüssigkristallanzeige als Lichtstrahl 64 mit seinen Polarisationsvektoren 64a und 64b austritt. Da die Polarisationsvektoren 60a, 60b, 64a und 64b alle orthogonal zu der Richtung der Längserstreckung der Farbstoffmoleküle 24a' sind, wird während der einzigen Reflexion des Lichtstrahles innerhalb der Flüssigkristallzelle verhältnismäßig wenig Licht in der Flüssigkristallschicht 14 absorbiert; der Lichtstrahl 64 tritt mit einer wesentlich größeren Helligkeit aus als sie bei bekannten Flüssigkeitskristallzellen erhalten wird. Üblicherweise beträgt die Helligkeit eines übertragenen Lichtstrahles, der in einer bekannten Flüssigkeitskristallzelle vor dem Austreten mehreren Reflexionen unterworfen ist, nur etwa 60% der Helligkeit des Lichtstrahles, der aus der Flüssigkeitskristallzelle 50 kommt, wenn alle anderen Bedingungen im wesentlichen identisch sind.and to the direction of propagation will be at the interface broken between the front substrate 11 and the air, then passes through the front substrate 11, the front electrode 12 and the liquid crystal layer 14 and strikes the diffuse reflector surface as a light beam 61 54a. The reflected light beam 62 lies within a cone formed around the surface normal 55, the limiting side surfaces of which enclose an angle which is not greater than the angle 0. The reflected light beam 62 passes through the liquid crystal layer 14, the front electrode 12 and the front substrate 11 and meets the boundary layer between the front substrate 11 and the surrounding Air at the angle 0, which is smaller than the critical angle. The light beam 62 passes through the boundary layer through and is broken there, so that it is out of the visible surface of the liquid crystal display emerges as light beam 64 with its polarization vectors 64a and 64b. Since the polarization vectors 60a, 60b, 64a and 64b are all orthogonal to the direction of longitudinal extension of the dye molecules 24a ', while the only reflection of the light beam within the liquid crystal cell comparatively little light absorbed in the liquid crystal layer 14; the light beam 64 occurs with a much greater brightness than is obtained from known liquid crystal cells. Usually the brightness is of a transmitted light beam that emerges in a known liquid crystal cell before several Subject to reflections, only about 60% of the brightness of the light beam emanating from the liquid crystal cell 50 comes when all other conditions are essentially the same.
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Wenn der Schalter 26 geöffnet ist, werden das Flüssigkristallmaterial und die darin gelösten dichroitischen Earbstoffmoleküle veranlaßt, sich in den homogenen Zustand auszurichten, wobei die Achsen 24b1 der länglichen Farbstoffmoleküle parallel zu den Elektrodenoberflächen ausgerichtet sind, so daß ein auf die Flüssigkristallzelle 50 auftreffender Lichtstrahl 66 mit orthogonalen Polarisationsvektoren 66a und 66b, die parallel zu den Achsen 24b1 der Farbstoffmoleküle ausgerichtet sind, im wesentlichen an dieser Stelle absorbiert wird und die kontrastierenden Gebiete ergibt.When the switch 26 is opened, the liquid crystal material and the dichroic substance molecules dissolved therein are caused to align themselves in the homogeneous state, with the axes 24b 1 of the elongate dye molecules being aligned parallel to the electrode surfaces, so that a light beam 66 impinging on the liquid crystal cell 50 with orthogonal polarization vectors 66a and 66b, which are aligned parallel to the axes 24b 1 of the dye molecules, is essentially absorbed at this point and results in the contrasting areas.
In den Fig. 3a bis 3d ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Herstellung einer diffus reflektierenden Schicht 54 auf einem rückwärtigen Substrat 52 dargestellt. Das vorzugsweise aus Glas oder ähnlichem Material bestehende Substrat 52 mit verhältnismäßig großer Dicke (um die Stabilität und die gleichmäßige Zellendicke bei Anzeigezellen mit großen Flächen «u gewährleisten) weist zunächst eine im wesentlichen ebene vordere Oberfläche 52' (Fig. 3a) auf. Die vordere Oberfläche des Substrates 52 wird geschliffen, um eine aufgerauhte vordere Oberfläche 52" mit Spalten und Rissen 70 zu erzeugen, die sich über die gesamte Oberfläche (Fig. 3b) erstrecken. Vorzugsweise wird das Glassubstrat 52 mit einem Aluminiumoxidschleifmittel geschliffen, dessen Partikel einen Durchmesser im Bereich zwischen etwa 5 und 50 mu aufweisen, wobei das Schleifmittel auf einer gläsernen Läppscheibe gebunden ist.In Figs. 3a to 3d is a preferred embodiment for the production of a diffusely reflective Layer 54 is shown on a back substrate 52. This is preferably made of glass or the like Material existing substrate 52 with a relatively large thickness (in order to ensure stability and uniformity Ensure cell thickness for display cells with large areas «u) initially has a substantially flat front surface 52 '(Fig. 3a). The front surface of substrate 52 is ground to have a roughened front surface 52 "with crevices and cracks 70 to generate, which extend over the entire surface (Fig. 3b). Preferably the glass substrate is 52 ground with an aluminum oxide abrasive, the particles of which have a diameter in the range between about 5 and 50 microns, with the abrasive on is bound to a glass lapping disc.
Das Substrat 52 wird dann in einer 10%igen Flußsäurelösung etwa 30 Minuten lang bei Raumtemperatur geätzt (Fig. 3c) und ergibt ein geschliffenes und geätztes Substrat 52 mit der aufgerauhten Oberfläche 52a. Eine verhältnismäßig dünne Beschichtung aus elektrisch leitendem, reflektierendem Material, beispielsweise Aluminium, SilberThe substrate 52 is then etched in a 10% hydrofluoric acid solution for about 30 minutes at room temperature (Fig. 3c) and results in a ground and etched substrate 52 with the roughened surface 52a. A proportionate one thin coating of electrically conductive, reflective material, for example aluminum, silver
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u.dgl. wird dann z.B. durch Aufdampfen oder ähnlichem auf der Oberfläche 52a des Glassubstrates 52 aufgewachsen. Die reflektierende, elektrisch leitende Beschichtung hat vorzugsweise eine Dicke von etwa 1000 Angstrom . Auf der nunmehr entstandenen, reflektierenden Oberfläche 54a ist ein Feld mit nach einem Zufallsmuster ausgebildeten sphärischen und kuppelähnlichen Gebilden 75 ausgebildet (Fig. 3d), das die lichtstreuende, diffus reflektierende Oberfläche ergibt, üblicherweise erzeugt das Feld mit nach einem Zufallsmuster gebildeten kuppelähnlichen Gebilde 75 auf der Oberfläche 54a einen 50% der Intensität innerhalb eines Kegels mit einem halben spitzen Winkel von etwa 30° streuenden Kegel, wobei im wesentlichen kein Licht außerhalb eines Kegels gestreut wird, der durch einen Winkel 0 von etwa 40 gekennzeichnet ist. Es ist ersichtlich, daß der maximale Winkel 0 des Streukegels des Lichtes von der verwendeten ßzzeit abhängig ist; eine die optimale ftzzeit um mehr als etwa 25% überschreitende Älzzeit erzeugt eine reflektierende Oberfläche 54a, die zu sehr spiegelt, während eine Ätzzeit, die um mehr als etwa 25% kürzer als die optimale Ätzzeit ist, eine reflektierende Oberfläche ergibt, die zu matt ist und bei der ein wesentlicher Anteil des Lichtes in einen Winkel gestreut wird, der erheblich jenseits des kritischen Winkels der Flüssigkristallschicht liegt.and the like are then grown on the surface 52a of the glass substrate 52 by, for example, vapor deposition or the like. The reflective, electrically conductive coating is preferably about 1000 Angstroms thick. On the reflective surface that has now been created 54a is a field with spherical and dome-like formations 75 formed according to a random pattern formed (Fig. 3d), which gives the light-scattering, diffusely reflective surface, usually produced the field with dome-like structures 75 formed according to a random pattern on the surface 54a a 50% the intensity within a cone with a half acute angle of about 30 ° scattering cone, with im essentially no light is scattered outside a cone characterized by an angle 0 of about 40 is. It can be seen that the maximum angle 0 of the scattering cone of the light depends on the time used is dependent; one the optimal ftzzeit by more than about Etching time exceeding 25% produces a reflective Surface 54a that is too reflective, during an etch time that is more than about 25% shorter than the optimal one Etching time results in a reflective surface that is too matt and in which a substantial proportion of the Light is scattered at an angle which is well beyond the critical angle of the liquid crystal layer lies.
Da die reflektierende Beschichtung 54 aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, wirkt die gesamte Oberfläche 54a als rückwärtige Elektrode, die unmittelbar mit der rückwärtigen Oberfläche der Flüssigkristallschicht in Berührung steht. Die rückwärtige Elektrode 54 ist leicht zu segmentieren, indem bis auf das elektrisch isolierende Substrat 52 vollständig hindurchreichende Nuten 78 in der Elektrode ausgebildet werden; die Nuten können verhältnismäßig kleine Dimensionen aufweisen, da dieSince the reflective coating 54 is made of electrically conductive material is formed, the entire surface 54a acts as a rear electrode that is directly connected to the rear surface of the liquid crystal layer is in contact. The rear electrode 54 is easy to segment by having grooves extending completely through except for the electrically insulating substrate 52 78 are formed in the electrode; the grooves can have relatively small dimensions, since the
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reflektierende Beschichtung 54 verhältnismäßig dünn ist.reflective coating 54 is relatively thin.
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