DE3124637A1

DE3124637A1 - Fluessigkristall-anzeigeelement

Info

Publication number: DE3124637A1
Application number: DE19813124637
Authority: DE
Inventors: Shigeo Kabikino Osaka Aoki; Hideo Yao Osaka Morita; Junichi Tamamura; Yasuhiro Ukai
Original assignee: Hosiden Electronics Co Ltd
Current assignee: Philips Components Kobe KK
Priority date: 1980-06-28
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1982-05-13
Also published as: US4497543A; IT1138811B; IT8122521A0; GB2079484A; JPS5713429A; DE3124637C2; GB2079484B; FR2485777A1; FR2485777B1; JPS6229781B2

Description

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35 110 .

HOSIDEN ELECTRONICS CO=, LTD, Yao-shi, Osaka / JAPAN

Flüssigkristall-Anzeigeelement

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristall-Anzeigeelement, das dafür ausgelegt ist, eine farbige Anzeige abzugeben, indem eine Spannung an.eine drehende Flüssigkristall-Zelle angelegt wird, die einen Flüssigkristall und einen N-Farbstoff enthält, wobei die Orientierung der Flüssigkristall-Moleküle einer von zwei einander gegenüberstehenden Begrenzungsplatten der Zelle im wesentlichen im rechten Winkel zur Orientierung der Moleküle an der anderen Seitenplatte ist und die Moleküle des Farbstoffs dieselbe Orientierung wie die Moleküle des Flüssigkristalls haben.

Bisher ist ein positive Farbflüssigkeitskristall-Anzeigeelement bekannt, das eine Flüssigkristall-Zelle mit einem N-Farbstoff zusammen mit einem nematischen Flüssigkristall von positiver dielektrischer Anisotropie enthält, durch das ein auf einer Elektrode vorhandenes Muster bei Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristall-Zelle dargestellt wird. Wenn bei diesem herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeelement, das auf eine Begrenzungsplatte der Flüssigkristall-Zelle fällt, linear polarisiertes Licht ist, dessen Polarisationsebene in die Richtung der langen Achse der Flüssigkristall-Moleküle fällt, die nahe der genannten Begron-

zungsplatte der Flüssigkristall-Zelle sind, dann erscheint das Anzeigeelement auf der anderen Begrenzungsplatte farblos. Wenn in einem derartigen Zustand eine Spannung an die Flüssigkristall-Zelle angelegt wird, durch die die Richtung der langen Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls und des Farbstoffs senkrecht zur Begrenzungsplatte der Zelle gestellt wird und Komponenten einer bestimmten Wellenlänge des einfallenden Lichtes durch die Moleküle des Farbstoffs absorbiert werden, so erscheint dadurch das Anzeigeelement in einer Farbe. Bei diesen bekannten Flüssigkristall-Anzeigeelementen wird die Farbe der Anzeige durch Wahl des Farbstoffes geändert, der in die Flüssigkristall-Zelle eingemischt ist, doch erfolgt die Anzeige bisher nur in Purpurrot. Außerdem besitzt dieses Anzeigeelement nur geringen Kontrast wegen des kleinen Unterschiedes zwischen der Durchlässigkeit bei einem anliegenden elektrischen Feld aufgrund an die Flüssigkristall-Zelle angelegter Spannung und Durchlässigkeit bei Fehlen eines solchen elektrischen Feldes.

Es wurde auch bereits ein Flüssigkristall-Anzeigeelement vorgeschlagen, dessen Zelle einen nematischen Flüssigkristall von positiver dielektrischer Anisotropie enthält, in den kein Farbstoff eingemischt ist, die jedoch eine farbpolarisierende Platte aufweist. Bei diesem Anzeigeelement ist die Polarisationsrichtung der farbpolarisierenden Platte, die sich auf der Anzeigeoberfläche des Anzeigeelementes befindet, parallel zur Richtung der langen Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls nahe der Begrenzungsplatte der Zelle, die der farbpolarisierenden Platte gegenübersteht. Liegt an der Flüssigkristall-Zelle keine Spannung, dann tritt Licht aller Farbkomponenten durch die Flüssigkristall-Zelle und die farbpolarisierende Platte, so daß das Anzeigeelement farblos erscheint. Wenn an die Flüssigkristall-Zelle eine

Spannung angelegt wird, erscheint das Anzeigeelement in der Farbe der farbpolarisierenden Platte, da die Polarisationsrichtung des durch den Flüssigkristall hindurchgehenden Lichtes nicht gedreht wird, und damit Licht nur der Farbkomponente der farbpolarisierenden Platte hindurchtritt. Dieses Flüssigkristall-Anzeigeelement kann Anzeigen von verschiedenen Farben abgeben, wenn die Farbe der farbpolarisierenden Platte entsprechend gewählt wird, und hat auch einen relativ guten Kontrast. Da das Flüssigkristall-Anzeigeelement die polarisierende Eigenschaft der farbpolarisierenden Platte verwendet, ist jedoch der Winkel, unter dem die Anzeige korrekt erkannt werden kann, also der sogenannte Blickfeldwinkel, klein, so daß mit ihr der Mangel verbunden ist, daß die Anzeige bei schräger Blickrichtung, und zwar auch nur bei geringfügig schräger Blickrichtung, nicht mehr erkannt werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkristall-Anzeigeelement zu schaffen, das unter einem weiten Blickwinkel eine.kontrastreiche Anzeige ermöglicht,' und bei dem die Wahl der Farbe, in der die Anzeige erfolgen soll, sehr einfach ist.

Ferner soll mit der Erfindung ein Flüssigkristall-Anzeigeelement geschaffen werden, das ein Farbmuster im Hintergrund einer von der Farbe des anzuzeigenden Musters abweichenden Farbe darstellen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird in dem Flüssigkristall-Anzeigeelement wenigstens eine Flüssigkristall-Zelle verwendet, die einen nematischen Flüssigkristall von positiver dielektrischer Anisotropie und einen N-Farbstoff enthält, dessen Moleküle dieselbe Orientierung wie die Moleküle des Flüssig-

kristalle haben, sowie eine farbpolarisierende Platte. Die Flüssigkristall-Zelle ist eine sogenannte 90°- oder 270°-TN-(gedreht nematisch)-Orientierungszelle, in der die Richtung der langen Achsen der Moleküle des Flüssigkristall, die an die beiden einander gegenüberliegenden Begrenzungsplatten der Zelle angrenzen, im rechten Winkel zur Richtung der langen Achsen an der gegenüberliegenden Begrenzungsplatte ist. An der einen Begrenzungsplatte der Flüssigkristall-Zelle trifft linear polarisiertes Licht auf, das parallel zur Richtung der langen Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls nahe dieser Begrenzungsplatte ausgerichtet ist. Gegen-, überliegend der anderen Begrenzungsplatte der Zelle ist die farbpolarisierende Platte angeordnet, deren Polarisationsrichtung parallel zur Richtung der langen Achsen der Flüssigkristall-Moleküle nahe derjenigen Begrenzungsplatte verläuft, die der farbpolarisierenden Platte gegenübersteht. Wenn keine Spannung an die Flüssigkristall-Zelle angelegt ist, dann wird die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes während seine Durchtritts durch die Flüssigkristall-Zelle gedreht, und das durch die Flüssigkristall-Zelle hindurchgelangende Licht hat bei seinem Auftreffen auf die farbpolarisierende Platte eine mit deren Polarisationsrichtung übereinstimmende Richtung und kann durch sie hindurchtreten. .Folglich erscheint das Flüssigkristall-Anzeigeelement auf der Seite der farbpolarisierenden Platte farblos. Wenn dagegen eine Spannung an die Flüssigkristall-Zelle angelegt wird, dann nehmen die langen Achsen der Flüssigkistall-Moleküle eine Richtung an, die praktisch senkrecht auf den Begrenzungsplatten der Zelle steht, und das einfallende Licht wird nicht in die Polarisationsrichtung gedreht, während es durch die Flüssigkristall-Zelle hindurchtritt. Folglich stehen die Polarisationsrichtung des auf die farbpolarisierende Platte auftreffenden Lichtes und die Polarisationsrich-

tung der Platte aufeinander senkrecht, so daß nur Licht der Farbkomponente der farbpolarisierenden Platte durch diese hindurchtreten kann, so daß nun das Flüssigkristall-Anzeigeelement in seiner ihm eigenen Farbe erscheint.

Gemäß der vorstehenden Beschreibung erzeugt das Flüssigkristall-Anzeigeelement nach der Erfindung- seine Farbanzeige durch kombinierte Ausnutzung eines N-Farbstoffs, der in die Flüssigkristall-Zelle eingemischt ist, und der farbpolarisierenden Platte, woraus sich ein guter Anzeigekontrast ergibt. Auch bei Betrachtung aus einer schrägen Richtung kann das mit dem Element angezeigte Muster erkannt werden, ■wenngleich dabei sich seine Farbe etwas ändert. Die Anzeige läßt sich also aus einem großen Blickwinkel erkennen. Ferner kann die Anzeige in verschiedenen Farben erfolgen, was durch entsprechende Auswahl der Farbe der verwendeten farbpolarisierenden Platte bestimmt wird. Es ist auch möglich, ein Muster in einer bestimmten Farbe auf einem von dieser Farbe farblich abweichenden Hintergrund erscheinen zu lassen, wenn zusätzlich in die Flüssigkristall-Zelle ein P-Farbstoff eingemischt wird, dessen Moleküle diesselbe Orientierung wie die Moleküle des Flüssigkristalls haben. Dies kann auch dadurch erreicht werden, daß gegenüber der erstgenannten farbpolarisierenden Platte eine weitere farbpolarisierende ■ Platte angeordnet wird mit senkrecht zur ersteren liegender Polarisationsrichtung und mit einer Farbe, die von der Farbe der ersteren abweicht.

Eine nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung, in der zeigen:

Fig. 1 als Schaubild die Anordnung eines her

kömmlichen Flüssigkristall-Anzeigeelementes, das einen Farbstoff verwendet;

Fig. 2 ein Schaubild, bei welchem an die Flüs

sigkristall-Zelle nach Fig. 1 eine Spannung angelegt ist;

Fig. 3 die Abhängigkeit der Lichtdurchlässig

keit von der Wellenlänge in einem Diagramm;

Fig. 4 das Schaubild eines herkömmlichen far

bigen Flüssigkristall-Anzeigeelementes mit Verwendung einer farbpolarisierenden Platte;

Fig. 5 ein Schaubild der Anordnung eines Flüs

sigkristall-Anzeigeelementes nach der Erfindung;

Fig. 6 bis 8 Diagramme, die die Lichtdurchlässigkeit

in Abhängigkeit von der Wellenlänge bei Verwendung verschiedener farbpolarisierender Platten von Flüssigkristall-Anzeigeelementen nach der Erfindung zeigen ;

Fig. 9 eine Darstellung einer Anordnung eines

Flüssigkristall-Anzeigeelementes nach der Erfindung mit einem P-Farbstoff in der Flüssigkristall-Zelle;

Fig. 10 das erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigeelement in Ausführung mit zwei farbpolarisierenden Platten;

Fig. 11 die perspektivische Ansicht einer Begrenzungsplatte der Flüssigkristall-Zelle, auf der sich eine transparente Elektrode in Gestalt des Buchstaben "H" befindet? und

Fig. 12A und 12B die verschiedenen Erscheinungsbilder

des Flüssigkristall-Anzeigeelementes nach der Erfindung bei Verwendung einer Elektrode gemäß Fig. 11 im spannungslosen Zustand bzw. bei angelegter Spannung.

Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung wird zunächst eine Beschreibung eines Flüssigkristall-Anzeigeelementes gegeben, wie es für farbige Anzeigen bisher verwendet wird. Das herkömmliche Anzeigeelement benützt eine Flüssigkristall-Zelle 11, bei der sich im Zwischenraum zwischen den beiden Begrenzungsplatten 12 und 14 ein Flüssigkristall 13 befindet. Die Begrenzungsplatten 12 und 14 bestehen aus Glas und. sind mit geringem Abstand nahe beieinander. Die an die eine transparente Platte 12 angrenzenden Moleküle des Flüssigkristalls 13 sind parallel zur transparenten Platte 1 2 ausgerichtet und beispielsweise wie dargestellt vertikal, während die an die anderen transparente Platte 14 der Zelle 11 angrenzenden Moleküle zur Plattenebene parallel, jedoch praktisch senkrecht zur Molekül-Ausrichtung der Flüssigkristall-Moleküle auf der Seite der transparenten · Platte 12 ausgerichtet sind, d.h. in Fig. 1 horizontal, so

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daß auf diese Weise eine 9 0°-TN-orientierende Zelle gebildet ist. Der verwendete Flüssigkristall 13 ist ein nematischer Flüssigkristall, dessen dielektrische Anisotropie /\^ positiv ist. In die Flüssigkristall-Zelle 11 ist ein N-Farbstoff 15 derart eingemischt, daß die Moleküle des Farbstoffs 15 dieselbe Orientierung wie die Flüssigkristall-Moleküle haben; die langen Achsen der jeweiligen Moleküle nehmen also eine gemeinsame Richtung ein. Als Farbstoff 15 werden Tetrazine,

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verwendet. In den transparenten Platten 12 und 14 der Flüssigkristall-Zelle 11 sind (nicht gezeigte) transparente Elektroden enthalten, an die eine Wechselstromspännungsquelle über einen Schalter 16 angeschlossen ist. Durch Betätigen des Schalters 16 kann an die Flüssigkristall-Zelle 11 wahlweise Wechselstrom gelegt werden.

Der transparenten Begrenzungsplatte 12 gegenüber liegt eine farblose polarisierende Platte, mit anderen Worten eine neutrale polarisierende Platte 18. Die Polarisationsrichtung dieser neutralen polarisierenden Platte 18 ist so gewählt wie die Molekül-Orientierung der an die transparente Platte 1 2 angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle. Von einer Lichtquelle 19 fällt Licht durch die polarisierende Platte 18 auf die Flüssigkristall-Zelle, um so eine Anzeige des Flüssigkristall-Anzeigeelementes hervorzubringen, das von der Seite der anderen Begrenzungsplatte 14 her betrachtet wird,· was durch ein Auge 21 angedeutet ist. Wenn an die Flüssigkristall-Zelle 12 keine'Spannung angelegt wird, wie es in der Fig. 1 angedeutet ist, dann wird das von der Lichtquelle 19 ausgehende Licht durch die polarisierende Platte 18 in linear polarisiertes Licht umgewandelt, dessen PoIa-

risationsrichtung mit der Molekül-Ausrichtung des Flüssigkristalls 13 auf der Seite der transparenten Begrenzungsplatte 1 2 der Flüssigkristall-Zelle 11 übereinstimmt. Folglich kann das Licht durch die Flüssigkristall-Zelle 11 nahezu ohne Absorption hindurchtreten, so daß von der Betrachterseite her das Anzeigeelement farblos aussieht und keinerlei Anzeige erfolgt. Durch Schließen des Schalters 16 erhält die Flüssigkristall-Zelle 11 Spannung, was in Fig. 2 angedeutet ist, und die Moleküle von Flüssigkristall 13 und Farbstoff 15 nehmen nun eine auf den transparenten Platten 12 und 14 senkrechte Richtung ein. Die Polarisationsrichtung des durch die polarisierende Platte 18 hindurchtretenden Lichtes ist nun senkrecht zu den langen Molekülachsen des Farbstoffs 15, so daß einige Komponenten des einfallenden Lichtes durch die Farbstoff-Moleküle absorbiert werden, während andere durch die Flüssigkristall-Zelle 11 hindurchtreten können= Das Flüssigkristall-Änzeigeelement erscheint nun in der Farbe des in der Flüssigkristall-Zelle enthaltenen Farbstoffes,

Das bekannte Flüssigkristall-Anzeigeelement der beschriebenen Art kann für die Anzeige nur einen Farbstoff der Farbe Purpur verwenden, was durch die genannten Tetrazine bedingt ist. Darüber hinaus ist die Änderung der Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkristall-Zelle bei Anlegen der Spannung nur gering. Dies zeigt die Fig. 3, in der die Kurve 22 die Durchlässigkeit bei offenem Schalter und die Kurve 23 bei anliegender Spannung wiedergeben. Der Unterschied in der Durchlässigkeit beträgt maximal etwa 35 %. Obgleich das Flüssigkristall-Anzeigeelement auf beiden transparenten Elektroden mit übereinstimmenden Mustern ausgestattet ist, ist die Anzeige bei Anlegen einer Spannung unscharf, und es zeigt sich nur ein schwacher Farbkontrast.

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Es ist ferner ein Flüssigkristall-Anzeigeelement bekannt, bei dem in die Flüssigkristall-Zelle kein Farbstoff eingemischt ist, sondern das zur farbigen Anzeige eine farbpolarisierende Platte verwendet. Eine solche, in Fig. 4 gezeigte Flüssigkristall-Zelle 24 verwendet z. B. einen nematischen Flüssigkristall 13 mit positiver dielektrischer Anisotropie Δ£. , wobei dann die Molekül-Ausrichtung auf den beiden transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Zelle 24 aufeinander senkrecht ist. Eine polarisierende Platte 18 und eine weitere polarisierende Platte 25 befinden sich jeweils zu beiden Seiten der transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Flüssigkristall-Zelle 24. Die Polarisationsrichtungen dieser beiden polarisierenden Platten ist den Molekül-Orientierungen des Flüssigkristalls auf den jeweils zugewandten transparenten Platten gleich. Die polarisierende Platte 25 auf der Sichtseite der Flüssigkristall-Zelle 11 ist eine farbpolarisierende Platte, so daß man die Farbe, in der die Anzeige erscheinen soll, mit der Farbe dieser polarisierenden Platte wählen kann.

Liegt keine Spannung an der Flüssigkristall-Zelle 24 an, dann wird das von der Lichtquelle 19 abgegebene Licht durch die polarisierende Platte 18 polarisiert, von den Molekülen des Flüssigkristalls 13 in seiner Polarisationsebene um 90 ° gedreht und kann anschließend die farbpolarisierende Platte 25 passieren, da die Polarisationsrichtungen übereinstimmen. Das Anzeigeelement erscheint infolgedessen farblos, läßt also keine farbliche Anzeige erkennen. Bei Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristall-Zelle 24 werden jedoch die Flüssigkristall-Moleküle senkrecht zu den transparenten Platten 12 und 14 in der Flüssigkristall-Zelle 24 ausgerichtet. Zwar läßt die Flüssigkristall-Zelle 24 das Licht nun ohne Drehen der Polarisationsebene passieren, doch verhindert

die farbpolarisierende Platte 25 anschließend den Lichtdurchtritt mit Ausnahme der Farbkomponente ihrer eigenen Einfärbung. Das Anzeigeelement erscheint dadurch so gefärbt, wie es die Farbe der farbpolarisierenden Platte 25 vorgibt. Damit ist eine Farbanzeige hervorgerufen.

Dieses bekannte Flüssigkristall-Anzeigeelement nach Fig. 4 verwendet nicht die lichtabsorbierenden Eigenschaften der Moleküle eines Farbstoffes, welcher im ersteren Fall in die Flüssigkristall-Zelle eingemischt war, sondern es wird durch Anlegen der Spannung an die Flüssigkristall-Zelle 24 gesteuert, wodurch die Polarisationsebene des durch die Flüssigkristall-Zelle 24 hindurchtretenden Lichtes gedreht wird oder nicht. Dieses Anzeigeelement liefert im Vergleich zum Anzeigeelement nach Fig, 1 einen relativ scharfen Farbkontrast,

In der Praxis jedoch werden in der Flüssigkristall-Zelle 24 die nahe den transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Zelle liegenden Flüssigkristall-Moleküle nicht vollständig senkrecht zu den PlattenfLächen ausgerichtet, so daß die Polarisationsebenen des die Flüssigkristall-Zelle verlassenden Lichtes unterschiedlich sind. Das hat zur Folge, daß bei Betrachtung der farbpolarisierenden Platte 25 aus schrägen Richtungen die Farbanzeige nur schwach oder im ungünstigsten Fall überhaupt nicht erkennbar ist. Mit anderen Worten, der Blickwinkel, unter dem das beschriebene bekannte Anzeigeelement betrachtet werden kann, ist sehr eng,, so daß sich, der Nachteil ergibt, daß man nur bei geringfügig schrägen Aufblick auf die Anzeigetafel deren Anzeig nicht mehr erkennen kann.

Als nächstes wird anhand der Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben. Die Teile, die mit denen der Anzeigeelemente aus den Figuren 1 bis 4 übereinstimmen, haben diesselben Bezugsziffern. In der Flüssigkristall-Zelle 11 sind die Flüssigkristall-Moleküle, die an die beiden transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 angrenzen, zueinander jeweils senkrecht gerichtet. In die Flüssigkristall-Zelle 11 ist ein N-Farbstoff 15 eingemischt, dessen Moleküle diesselbe Ausrichtung wie die Flüssigkristall-Moleküle haben. Der Flüssigkristall 13 ist ein nematischer Flüssigkristall, dessen dielektrische Anisotropie Λι_ positiv ist. An die beiden transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Flüssigkristall-Zelle 11 grenzen polarisierende Platten 18 und 25 an, deren Polarisationsrichtung so gewählt ist, daß sie mit der Molekül-Ausrichtung des Flüssigkristalle 13 im Bereich der transparenten Platten 12 und 14 übereinstimmt. Die polari- '. sierende Platte 25 ist eine farbpolarisierende Platte, die nur einfallendes Licht eines speziellen Wellenlängenbereiches linear polarisiert.

Wenn bei einer derartigen Anordnung an die transparenten Elektroden (nicht gezeigt) der Flüssigkristall-Zelle 11 keine Spannung angelegt wird, dann läßt die polarisierende Platte 18 bei diesem Beispiel nur vertikalpolarisiertes Licht von der Lichtquelle 19 hindurch, das von der Flüssigkristall-Zelle in seiner Polarisationsebene um 90 ° gedreht wird. Die Polarisationsrichtung des durch die Flüssigkristall-Zelle 1 1 hindurchtretenden Lichtes stimmt dann mit der PoIarisationsrichtung der farbpolarisierenden Platte 25 überein, so daß das Licht auch dort hindurchtreten kann. Somit trifft das Licht aller Farbkomponenten von.der Lichtquelle 19 auf

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das Auge 21; das Anzeigeelement erscheint folglich transparent und gibt keine besondere Anzeige ab.

Wenn durch Schließen des Schalters 16 Spannung an die Flüssigkristall-Zelle 11 angelegt wird, werden die Moleküle des Flüssigkristalls 13 und des Farbstoffes 15 mit ihren langen Achsen im wesentlichen senkrecht zu den transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 ausgerichtet. Das durch die polarisierende Platte 18 hindurchtretende Licht wird von den Farbstoffmolekülen folglich in einer gegebenen Wellenlänge zu einem großen Teil absorbiert, während es die Flüssigkristall-Zelle 11 passiert, und da die Polarisationsebene des übrigbleibenden, nicht absorbierten Lichtes in der Flüssigkristall-Zelle 11 nicht gedreht worden ist, ist diese Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung der farbpolarisierenden Platte 25 ausgerichtet und kann durch diese nicht hindurchtreten mit Ausnahme der Lichtanteile, die dieselbe Farbkomponente wie die farbpolarisierende Platte 25 haben. In diesem Fall wird die Anzeige durch Kombination der Durchlaßeigenschaft des Farbstoffs 15 in der an Spannung liegenden Flüssigkristall-Zelle und der Durchlaßeigenschaft der farbpolarisierenden Platte 25 hervorgerufen. Wenn eine neutrale polarisierende Platte anstelle der farbpolarisierenden Platte 25 verwendet wird, wird bei an der Flüssigkristall-Zelle anliegender Spannung kein Licht durch diese polarisierende Platte hindurchgelassen, so daß die Anzeigefläche schwarz erscheint.

Wenn eine transparente Elektorde 3 5 in Gestalt von beispielsweise einem H auf der transparenten Platte 12 der Flüssigkristall-Zelle 11 ausgebildet ist, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, dann erfolgt keine Anzeige, wenn an die Flüssigkristall-Zelle 11 keine Spannung angelegt wird, so

wie es aus der Fig. 12A zu ersehen ist. Wird jedoch dann an die Flüssigkristall-Zelle 11 Spannung angelegt, dann erscheint gemäß Darstellung der Fig. 12B der Buchstabe H auf dem Anzeigeelement.

Bei dem erfindungsgemäßen Anzeigeelement wird, wenn an die Flüssigkristall-Zelle 11 Spannung angelegt wird, das auftreffende Licht durch den Farbstoff 15 in der Zelle 11 absorbiert, und seine Polarisationsrichtung bleibt unverändert, so daß das Licht mit Ausnahme der der farbpolarisierenden Platte entsprechenden Farbkomponente abgeschnitten wird. Folglich wird bei diesem Anzeigeelement die Lichtdurchlässigkeit in hohem Maß verringert. Mit anderen Worten, der Unterschied an Lichtdurchlässigkeit zwischen Zustand bei angelegter Spannung und spannungslosem Zustand ist sehr groß, was also einen guten Kontrast für die Anzeige ergibt.

Wenn z. B. von Tetrazinen als Farbstoff 15 Gebrauch gemacht wird und als farbpolarisierende Platte 25 eine rote Platte verwendet wird, dann ist ohne Spannung an der Zelle 11 die Lichtdurchlässigkeit so , wie sie durch die Kurve 26 in Fig. 6 dargestellt ist, während bei anliegender Spannung für die Lichtdurchlässigkeit die Kurve 27 gilt. Der Unterschied in der Lichtdurchlässigkeit beträgt ungefähr 60 %, was weit" mehr als in dem in Fig. 3 dargestellten Fall ist. Wenn eine rote farbpolarisierende Platte verwendet wird, deren Durchlaßcharakteristik im wesentlichen mit dem roten Durchlaßbereich der Durchlaßwellenlängen-Charakteristik des Farbstoffes übereinstimmt, der durch die Kurve 23 in Fig. 3 dargestellt ist, dann geht die rote Farbkomponente zum überwiegenden Teil durch die farbpolarisierende Platte hindurch, wenn an die Flüssigkristall-Zelle eine Spannung angelegt ist, so daß das Anzeigeelement folglich eine hell leuchtend rote An-

zeige darbietet. Da die farbige Anzeige durch den Farbstoff unabhängig von der Betrachtungsrichtung gesehen werden kann, kann die Anzeige auch aus einer Richtung erkannt werden, aus der die durch die farbpolarisierende Platte 25 hervorgerufene farbige Anzeige nicht mehr gesehen werden kann.

Wird als farbpolarisierende Platte 25 eine blaue Platte verwendet, deren Durchlaßcharakteristik sich mit einem blaufarbigen Durchlaßbereich der Durchlaßcharakteristik des Farbstoffs überlappt, die durch die Kurve 23 in Fig. 3 dargestellt ist, dann bietet das Anzeigeelement eine derartige Lichtdurchlässigkeit, wie sie durch Kurve 28 in Fig. 7 angedeutet ist, sofern an die Flüssigkristall-Zelle 24 keine Spannung angelegt wird, während bei an der Zelle 24 anliegender Spannung die Lichtdurchlässigkeit Werte gemäß Kurve 29 annimmt. Auch in diesem Fall ist die Differenz an Durchlässigkeit annähernd 60 %, was wesentlich größer als beim Stand der Technik ist. Man erkennt auch aus der Wellenlängencharakteristik der Fig. 7, daß sogar dann, wenn an die Flüssigkristall-Zelle 11 eine Spannung angelegt wird, eine blaue Farbkomponente hindurchtritt, wodurch eine Anzeige in einer nahe der Farbe Blau erscheinenden Farbe auftritt. Wird eine grüne farbpolarisierende Platte 25 benützt, so hat das Anzeigeelement eine Durchlässigkeit, wie sie durch Kurve in Fig. 8 dargestellt ist, sofern an die Flüssigkristall-Zelle 24 keine Spannung angelegt wird. Die Durchlässigkeit der Flüssigkristall-Zelle 24 nimmt Werte gemäß Kurve 32 an, wenn Spannung anliegt. Auch hier ist die Differenz an Durchlässigkeit in den Bereichen kurzer und langer Wellenlängen groß, während im Mittelbereich die grünen Farbkomponenten die Flüssigkristall-Zelle 24 auch dann, wenn Spannung anliegt -., passieren, so daß die Anzeige in grüner Farbe erfolgt,

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Für die Messungen, die zu den Ergebnissen der Figuren 3, 6 und 8 geführt haben, wurde eine Rechteck-Wellenspannung von 32 Hz und 5 V verwendet. Als Flüssigkristall diente GR · • 63 WM, und der Farbstoff ist Tetrazin.

Wenn bei einem Flüssigkristall-Anzeigeelement nach der Erfindung als transparente Elektrode eine Elektrode in Musterform verwendet wird, dann tritt ein großer Unterschied der Lichtdurchlässigkeit zwischen den Bereichen, an denen Spannung anliegt, und den Bereichen, an denen keine Spannung anliegt, auf, so daß eine Anzeige mit sehr gutem Kontrast entsteht. Außerdem kann die Anzeige durch geeignete Wahl der Farbe der farbpolarisierenden Platte 25 in verschiedenen Farben erfolgen. Da die Steuerung der Lichtdurchlässigkeit durch kombinierten Einsatz der Polarisationsrichtung und der Absorptionsfähigkeit durch den Farbstoff hervorgerufen wird und da die Lichtabsorption durch den Farbstoff unabhängig vom Blickwinkel auf das Anzeigeelement ist, läßt sich eine Anzeige erzielen, die innerhalb eines großen Sichtwinkels gut erkennbar ist.

.Wie bereits beschrieben, können mit dem Flüssigkristall-Anzeigeelement Anzeigen in verschiedenen Farben einfach dadurch erhalten werden, daß die Farbe der farbpolarisierenden Platte 25 entsprechend gewählt wird. Wird eine farblose'polarisierende Platte verwendet, dann erhält man eine monochrome Anzeige. Auch diese monochrome Anzeige ist innerhalb eines weiten Sichtwinkels auf die Platte mit gutem Kontrast zu erkennen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel· wurde ein N-Farbstoff verwendet, doch versteht es sich für den Fachmann, daß ebensogut ein P-Farbstoff eingesetzt werden kann. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Beispiel sind in der Flüssigkristall-

Zelle 11 der Flüssigkristall 13, ein Farbstoff 15 und ein P-Farbstoff 33, dessen Moleküle dieselbe Orientierung wie die Moleküle des Flüssigkristalls 13 haben, miteinander vermischt. Die Moleküle des Farbstoffs 33 absorbieren sehr wirksam parallel zu den langen Achsen polarisiertes Licht, so daß dann, wenn keine Spannung an die Flüssigkristall-Zelle 11 angelegt ist, das Licht, das durch die polarisierende Platte 18 hindurchgegangen ist, durch die Moleküle des P-Farbstoffes 33 absorbiert wird, was eine Anzeige in der dem Farbstoff 33 entsprechenden Farbe ergibt. Wird an die Flüssigkristall-Zelle 1 1 dann Spannung gelegt, dann sind die Moleküle des Flüssigkristalls 13' und der Farbstoffe 15 und 33 mit ihren langen Achsen senkrecht zu den transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Flüssigkristall-Zelle 11 ausgerichtet, und die Moleküle des P-Farbstoffs 33 absorbieren kaum senkrecht zu ihren langen Achsen polarisiertes Licht, so daß das Licht dann durch die Moleküle des N-Farbstoffes 15 in der bereits .. früher beschriebenen Weise absorbiert wird und die Anzeige eine von der Durchlaß-Charakteristik des N-Farbstoffes 15 und der polarisierenden Platte 25 abhängige Farbe annimmt. Wenn nun auf einer der transparenten Elektroden der Flüssigkristall-Zelle 11 ein Muster ausgebildet ist, so erscheint, wenn keine Spannung zugeführt wird, beispielsweise die gesamte Änzeigeflache in durch den P-Farbstoff 3 3 bedingter gelber Farbe. Wird dann Spannung angelegt, dann erscheint das anzuzeigende Muster in einer durch den N-Farbstoff 15 und die polarisierende Platte 25 bedingten Farbe, z. B. in blau, auf einem gelben Hintergrund. Mit anderen Worten, die Musteranzeige erfolgt auf einem Hintergrund, der sich farblich von der Farbe des Musters selbst unterscheidet.

Um sowohl den Hintergrund als auch das anzuzeigende Muster in der beschriebenen Weise farbig zu gestalten, ist es auch

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möglich, eine Anordnung gemäß Darstellung der Fig. 10 zu verwenden. Diese Anordnung weist gegenüber derjenigen nach Fig. 5 eine weitere farbige polarisierende Platte 34 auf, die der polarisierenden Platte 25 auf ihrer der Flüssigkristall-Zelle 11 gegenüberliegenden Seite benachbart ist und deren Polarisationsrichtung senkrecht auf der Polarisationsrichtung der Platte 25 steht, während ferner die Farben der polarisierenden Platte 25 und 34 zueinander unterschiedlich gewählt sind. Wird bei einer derartigen Anordnung keine Spannung an die Flüssigkristall-Zelle 11 angelegt, so erscheint das gesamte Anzeigeelement in der Farbe der polarisierenden Platte 34. Mit anderen Worten, der Hintergrund hat eine Farbe, die durch die polarisierende Platte 34 bestimmt ist, und wenn an die Flüssigkristall-Zelle 11 eine Spannung angelegt wird, dann wird darauf ein Muster abgebildet, dessen Farbe durch die polarisierende Platte 25 bestimmt ist.

Es ist auch möglich, einen P-Farbstoff in die Flüssigkristall-Zelle 11 nach Fig. 10 einzumischen, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, .wobei außerdem die farbig polarisierende Platte 34 verwendet wird. Liegt bei einem derartigen Fall keine Spannung an der Flüssigkristall-Zelle 11 an, erfolgt die Anzeige in der durch den P-Farbstoff und die farbige polarisierende Platte 34 bedingten Farbe, während bei anliegender Spannung die Anzeige in der Farbe erscheint, die durch den N-Farbstoff und die farbig polarisierende Platte 25 bestimmt ist. Es läßt sich also eine große Vielfalt von farbigen Anzeigen durch Kombinationen derartiger Farbstoffe und farbpolarisierender Platten erzielen, und das angezeigte Muster und die Hintergrundfarbe sind· eng in der Sichtwinkel-Abhängigkeit der Farbe, die dargestellt wird.

Die polarisierenden Platten 18, 25 und 34 können auf die transparenten Begrenzungsplatten 12 und 14 der Flüssigkristall-Zelle 11 aufgesetzt oder durch Drucktechnik darauf ausgebildet sein» In diesem Fall braucht eine polarisierende Platte derselben Farbe nicht immer über de'n gesamten Flächenbereich einer transparenten Platte der Zelle 11 ausgebildet zu sein, sondern es können polarisierende Platten von unterschiedlichen Farben auch auf jeder transparenten Platte der Zelle 11 aufgebracht sein.

Claims

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HOSIDEN ELECTRONICS CO., LTD, Yao-shi, Osaka / JAPAN

Flüssigkristall-Anzeigeelement

Patentansprüche

1, Flüssigkristall-Anzeigeelement mit einer nematischen Flüssigkristall-Zelle,, deren Flüssigkristall eine positive dielektrische Anisotropie hat, wobei die Ausrichtung der Flüssigkristall-Moleküle nahe einer Seitenbegrenzungsplatte der Flüssigkristall-Zelle im wesentlichen parallel zur Seitenplatte, jedoch rechtwinklig zur Ausrichtung der Moleküle nahe der anderen Seitenplatte verläuft, während die langen Achsen der Flüssigkristall-Moleküle bei Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristall-Zelle sich im wesentlichen senkrecht zu den Seitenbegrenzungsplatten ausrichten, und mit einer neutralen polarisierenden Platte vor der einen Seitenbegrenzungsplatte der Flüssigkristall-Zelle , deren Polarisations-Richtung parallel zur Molekül-Ausrichtung der an der Seitenbegrenzungsplatte angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle verläuft und die Lichtdurchtritt praktisch aller Farbbestandteile des Lichtes zuläßt,

dadurch gekennzeichnet, daß in die Flüssigkristall-Zelle (11) ein Farbstoff (15) eingemischt ist, dessen Moleküle dieselbe Ausrichtung wie die Moleküle des Flüssigkristalls (13) haben, und daß eine farbpolarisierende Platte (25) der zweiten Begrenzungsplatte (14) der Flüssigkristall-Zelle (11) gegenübersteht, deren Polarisations-Richtung mit der Richtung der an die zweite Begrenzungsplatte Π 4) angrenzenden Flüssigkristall-Moleküle (13) übex-einstimmto . ·
2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Flüssigkristall-Zelle (11) ein P-Farbstoff (15) eingemischt ist, dessen Molekül-Ausrichtung mit der Molekül-Ausrichtung des Flüssigkristalls (13) übereinstimmt.
3. Anzeigeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß über die erste farbpolarisierende Platte (25) eine zwei farbpolarisierende Platte (34) mit zur Polarisations-Richtung der Platte (25) im wesentlichen senkrechter Polarisations-Richtung und einer sich von der Farbe der ersten Platte (25) unterscheidenden Farbe gesetzt ist.
4. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer der transparenten Elektroden auf der Innenseite der Begrenzungsplatten (12, 14) der Flüssigkristall-Zelle (11) ein Muster ausgebildet ist.
5. Anzeigeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die farbpolarisierende Platte (25) und/oder der Farbstoff (15) so ausgebildet sind, daß wenigstens ein Durchlässigkeitsbereich gemeinsam für einen gut durchlässigen Abschnitt in der Durchlässigkeits-Charakteristik der Flüssigkeits-Zelle bei anliegender Spannung geschaffen wird und ein gut durchlässiger Bereich·in der Durchlässigkeits-Charakteristik der farbpolarisierenden Platte für polarisiertes Licht senkrecht zu Polarisations-Richtung der farbpolarisierenden Platte geschaffen ist.