DE3034181A1

DE3034181A1 - Fluessigkristallzelle mit elektrisch umschaltbaren farben

Info

Publication number: DE3034181A1
Application number: DE19803034181
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Dr. 7505 Ettlingen Knoll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1980-09-11
Filing date: 1980-09-11
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS5779912A

Description

Flüssigkristallzelle mit elektrisch umschaltbaren
Farben Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Flüssigkristallzelle nach der Gattung des Hauptanspruchs. Flüssigkristalle sind bereits seit langem bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben. Übliche Flüssigkristalle ändern beim Ansteuern ihre Farbe in schwarz, während der Hintergrund und die nicht- angesteuerten Elemente weiß oder grau erscheinen. Eine Farbänderung einer Flüssigkristallzelle ist dabei dadurch möglich, daß man Polarisatoren-vor und hinter die Zelle anordnet, die zueinander verdreht werden können. Das Verdrehen von Polarisatoren erfordert jedoch einen mechanischen Aufwand wie Elektromotoren und Getriebe, die sowohl teuer sind als auch andauernd Anlaß zu Störungen geben.
In gewissem Umfang ist eine Farbänderung auch dadurch zu erreichen, daß die Ansteuerspannung der Flüssigkristallzelle geändert wird. Eine solche Umstellung ist jedoch nur sehr langsam zu bewerkstelligen und geht auch nur sehr langsam in den Ausgangszustand zurück. eben einer Spannungsabhängigkeit der Färbung ist die Färbung der Zelle stark temperaturabhängig.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine sehr rasche Umschaltung zwischen zwei Komplementärfarben möglich ist. Die Farbumschaltung kann durch ein digitales Signal erfolgen, so daß eine Spannungsabhängigkeit entfällt. Auch mechanische Anordnungen wie Motoren und Getriebe sind nicht mehr erforderlich.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Flüssigkristallzelle möglich. Zur Erzeugung unterschiedlicher Farben ist es besonders vorteilhaft, daß zumindest ein Flüssigkristall eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten aufweist. Diese Ausnützung des sogenannten Schadt-Helfrich-Effekts hat den Vorteil, daß die Zellen praktisch dispersionsfrei arbeiten und Kontrastverhältnisse von etwa 50 : 1 zu erzielen sind. Sollen andere Farben dargestellt werden, so ist es günstig, einem Flüssigkristall zur Erzeugung einer starken Schraubenstruktur eine cholesterische Substanz beizumischen. Solche Schichten haben den Vorteil, daß in Reflexion oder Transmission einfallendes Licht spektral reflektiert bzw. durchgelassen wird, so daß die Zelle von sich aus farbig erscheint, wenn sie zwischen Polarisatoren angeordnet wird. Zum Schutz des Flüssigkristalls ist es vorteilhaft, zwischen dem Polarisavoren und der Leitschicht eine lichtdurch-Is::g ier6cllicht anzubringen. Die Isolierschicht ist zWecKmäbigerweise aus Glas hergestellt.
Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Flüssigkristallzelle nach der Erfindung mit durchgehenden Leitschichten und Fig. 2 eine Flüssigkristallzelle, bei der die eine Zelle die Konfiguration trägt, die zur Anzeige gelangen soll.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist ein Ausschnitt einer Flüssigkristallanzeige in Sandwich-Bauweise dargestellt. An beiden Stirnseiten der Zelle sind Polarisatoren 1 angebracht.
Den Polarisatoren 1 folgt ein Glas 2. Die erste Flüssigkristallzelle weist nunmehr eine Leitschicht 3 auf, der der Flüssigkristall 4 folgt. Danach folgt wiederum eine Leitschicht 5. Ein Isolator 6, der aus Glas hergestellt ist, trennt die Leitschicht 5 der ersten Zelle von einer Leitschicht 7 der zweiten Zelle. Zwischen der Leitschicht 7 und einer Leitschicht 9 ist ein weiterer Flüssigkristall 8 eingebettet. Der Leitschicht 9 folgt wiederum ein Glas 2 und ein Polarisator 1.
Die Zelle in Fig. 2 ist im wesentlichen gleich wie die Zelle in Fig. 1 ausgebaut. Dem Polarisator 1 folgt ein Glas 2, dem die Leitschicht 3 folgt. Die Leitschicht 3 ist jedoch hier unterbrochen und trägt die Konfiguration, die zur Anzeige gelangen soll, beispielsweise eine Siebensegmentanzeige oder sonstige Buchstaben oder Figuren. Die der Leitschicht 3 gegenüberliegende Leitschicht 5 trägt dieselbe Konfiguration. Zwischen den Leitschichten 3 und 5 ist wiederum der :lüssigkristall 4 eingebettet. Nach einer Isolierschicht aus Glas 6 folgt eine weitere Zelle mit den Leitschichten 7 und 9, in die der Flüssigkristall 8 eingebettet ist. Die Leitschicht dieser Zelle hat jedoch durchgehende Elektroden. Der Leitschicht 9 folgen wiederum das Isolierglas 2 und der Polarisator 1.
In nicht angesteuertem Zustand dreht jede Zelle polarisiertes Licht um jeweils 900. Die Gesamtanordnung dreht also polarisiertes Licht um 1800, d. h. bei einer Anordnung zwischen parallelen Polarisatoren erscheint die Gesamtanordnung hell, solange keine Spannung an die Elektroden gelegt wird. Bei Anlegen einer Spannung an die Leitschichten 3 und 4 der ersten Zelle wird diese wegen der Aufhebung der Verdrehung um 900 gegen die helle Umgebung dunkel erscheinen. Dies ist der sogenannte positive Kontrast. Wird nun an die zweite Zelle mit den Leitschichten 7 und 9 ebenfalls eine Spannung angelegt, so wird in dieser ebenfalls die Verdrehung der Polarisationsebene aufgehoben. Nach außen wirkt das so, daß der zuvor gegebene Kontrast gerade invertiert wird. War die Konfiguration zuerst dunkel bei einer hellen Umgebung, so erscheint die Konfiguration nunmehr hell gegen eine dunkle Umgebung.
Hierdurch läßt sich auf einfache Weise auf rein elektrischem Wege eine Kontrastinvertierung ereichen. Dies ist insbesondere bei Nachtbetrieb oder in der Dämmerung besonders günstig, wenn eine Flüssigkristallanzeige beleuchtet werden muß, da es sehr schwierig ist, eine im positiven Kontrast betriebene Anzeige gleichmäßig auszuleuchten. Ein Beleuchtungsgradient, d. h. eine schlechte Ausleuchtung, wird bei Anzeigen mit egativkontrast, d. h. mit heller Konfiguration auf dunklem Grund, weitaus weniger störend empfunden, so daß die Flüssigkristallanzeige auch mit einer schiechten Releuchtung betrieben werden kann. Zudem werden solche Anzeigen vom Auge bei Nacht als angenehmer empfunden, da wegen der relativ kleinen hellen Fläche geringere Blendung auftritt. Mit dieser Maßnahme ist es also möglich, das Kontrastverhalten der Flüssigkristallanzeige den Umgebungsbedingungen weitgehend anzupassen.
Zur Darstellung von Farben wird durch Beimischung einer cholesterischen Substanz in den Flüssigkristall 8 eine starke Schraubenstruktur erzeugt. Solche Schichten haben die Eigenschaft, einfallendes Licht spektral zu reflektieren bzw. durchzulassen, so daß die Zelle farbig erscheinen, wenn sie zwischen Polarisatoren angeordnet ist. Durch entsprechende Anordnung der Polarisatoren 1 zueinander kann jede beliebige Grundfarbe eingestellt werden, wobei bei jeweils 900 Drehung eines Polarisators eine Farbe entsteht, die zur ursprünglichen Farbe komplementär ist. Eine Zelle mit roter Farbe erscheint beispielsweise bei Drehung eines Polarisators um 900 grün.
Diese Drehung um 900 wird durch die zur ersten Zelle mit dem Flüssigkristall 8 und den Leitschichten 7 und 9 in Serie geschalteten zweiten Zelle mit dem Flüssigkristall 4 und den Leitschichten 3 und 5 bewerkstelligt. Der Flüssigkristall 4 ist dabei vorteilhafterweise als Twistzelle ausgebildet, die im nicht angesteuertem Zustand polarisiertes Licht um 900 dreht. Legt man nun an die Leitschichten 3 und 5 eine Spannung an, so wird die Drehung der Polarisationsebene rückgängig gemacht, d. h. die ersten Zelle erscheint in ihrer ursprünglichen Farbe. Durch einfaches Anlegen einer Spannung an die Leitschichten 3 und 5 ist somit das Umschalten zwischen zwei Komplementärfarben möglich. Wird eine Spannung sowohl an die Leitschichten 7 und 8 als auch an die Leitschichten 3 und 5 angelegt, so ist es äe nach Lage der Polarisatoren 1 zueinander möglich, blau zu erzeugen, das durch die Eigenfärbung der Polarisatoren entsteht.
Die beschriebene Methode erlaubt eine sehr rasche Umschaltung zwischen zwei Komplementärfarben. Dies kann auf einfache Weise durch eine erfindungsgemäße Doppelzelle erreicht werden, wobei das Farbenspektrum zwischen scharz und weiß jede beliebige Farbe umfassen kann. So ist sowohl eine Kontrastinvertierung als auch eine Farbumschaltung möglich.
Flüssigkristallzelle mit elektrisch umschaltbaren Farben Zusammenfassung Es wird eine Flüssigkristallzelle vorgeschlagen, bei der die Farben elektrisch umgeschaltet werden können.
Die Flüssigkristallzelle besteht aus zwei Einzelzellen, die in Serie zueinander geschaltet sind. Während eine Zelle die Farbe festlegt, ist eine zweite Zelle vorgesehen, die im nicht angesteuerten Zustand polarisiertes Licht um 90° dreht, während sie im angesteuerten Zustand die Drehung der Polarisationsebene rückgängig macht. Dadurch wird bei polarisiertem Licht eine Farbänderung bewirkt.
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Claims

Ansprüche 1. Flüssigkristallzelle mit einem Polarisator und einem zwischen Leitschichten angebrachten Flüssigkristall, dadurch gekennzeichnet, daß eine durchlässige Isolierschicht (6) vorgesehen ist, der eine weitere Flüssigkristallzelle folgt, die einen Polarisator (1) und einen zwischen zwei Leitschichten (7, 9) angebrachten Flüssigkristall (8) aufweist.
2. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Flüssigkristall eine positive Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten aufweist.
3. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem Flüssigkristall (8) zur Erzeugung einer starken Schraubenstruktur eine choleristische Substanz beigemischt ist.
4. Flüssigkristallzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an.dere Flüssigkristall (4) vom Twisttyp ist.
5. Flüssigkristallzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoren (7) an den beiden Stirnseiten der Flüssigkristallzelle angebracht sind.
6. Flüssigkristallzelle na.ch einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß zwischen Polarisator (1) und Leitschicht (3, 9) eine lichtdurchlässige Isolierschicht (2) angebracht ist.
7. Flssigkristallzelle nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2, 6) aus Glas gebildet ist.