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Flüssigkristallzelle und ihre Verwendung.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallzelle gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anzeige wird in der DE-OS 2824798 beschrieben.
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Will man elektrische Signale zwischen zwei Stromkreisen übertragen,
die an verschiedenen Versorgungsquellen liegen und galvanisch voneinander isoliert
sein müssen, so kann man die beiden Kreise optisch miteinander koppeln.
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Handelsübliche Optokoppler, die normalerweise mit lichtemittierenden
Dioden arbeiten, haben einen relativ hohen Signalleistungsbedarf, ein Nachteil,
der vor allem dann ins Gewicht fällt, wenn die Signalströme über weite Strecken
zu führen sind. In diesen Fällen bietet es sich an, in den Senderkreis einen praktisch
leistungslos steuerbaren Lichtschalter, also vor allem eine Flüssigkristallzelle,
einzuschalten und mit der zugehörigen Beleuchtungsquelle den Empfängerkreis zu belasten.
Diesen Weg kann man allerdings nur dann einschlagen, wenn nur relativ geringe Informationsmengen
zu verarbeiten sind, denn die bisher auf den Markt gebrachten Flüssigkristall-Schalter
reagieren - speziell bei Wegnahme des Feldes -nicht besonders schnell.
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Die Schaltzeiten lassen sich verkürzen, wenn man die Flüssigkristallzelle
so präpariert, daß sich im elektrischen Feld nur die oberflächennahen Flüssigkristallmoleküle
umorientieren. Hierzu ist in der eingangs zitierten Offenlegungsschrift vorgesehen,
die Flüssigkristallschicht auf wenigstens einer ihrer beiden Seiten in höchstens
Sym breiten Streifen abwechselnd homogen bzw. homöotrop auszurichten und im übrigen
- abhängig von der Feldrichtung und dem Vorzeichen der dielektrischen Aniso-
tropie
- einheitlich plattenparallel bzw. plattensenkrecht zu texturieren. Ist der Flüssigkristall
so vorgespannt, so spricht er in der Tat nicht in seiner gesamten Dicke auf ein
elektrisches Feld an. Es hat sich allerdings gezeigt, daß die eingeprägte Streifenstruktur
noch relativ weit in das Schichtinnere hineinreicht, so daß das Schaltverhalten
in der Praxis noch deutlich hinter dem theoretisch möglichen Optimum zurückbleibt.
Auch der Kontrast läßt des öfteren zu wünschen übrig, denn erist winkelabhängig
und überdies auch nicht immer sonderlich ausgeprägt. Die Kontrastschwäche ist meistens
darauf zurückzuführen, daß von den beiden randseitig induzierten Orientierungszuständen
der eine energetisch begünstigt ist und dementsprechend über den anderen dominiert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ventil der eingangs
genannten Art so weiterzuentwickeln, daß es noch schneller schaltet und auch über
gute optische Qualitäten verfügt. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, eine Flüssigkristallanzeige mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 zu versehen.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß sich das Orientierungsmuster
dann, wenn es zwei- statt eindimensional gerastert ist, mit zunehmender Entfernung
von der Plattenoberfläche rascher abbaut, einfach deshalb, weil die einheitlich
ausgerichteten Bezirke viel kleinflächiger sind und die miteinander konkurrierenden
elastischen Kräfte sich eher ausmitteln können. Das bedeutet, daß man die optisch
wirksame Schichtdicke näher an den Mindestwert heranbringen kann, der aus Eontrastgründen
nSht unterschritten werden darf. Überschlägige Berechnungen zeigen, daß man auf
diese Weise Schaltzeiten bis hinunter zu etwa 50}ins erzielen kann. Die vorgeschlagene
Textur ist vergleichsweise stabil, denn eine einzelne Vorzugsrichtung wird die übrigen
wegen der vorhandenen Gegenkräfte kaum verdrängen, und liefert überdies einen
nahezu
isotropen optischen Effekt.
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Die Herstellung der erfindungsgemäß vorgesehenen .Randorientierung
bereitet keine besonderen Schwierigkeiten.
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So lassen stich Kuns*of2kbichwen einfach durch Reiben, Einwalzen oder
Stempelprägen strukturieren, und wenn das Muster besonders exakt ausgeführt sein
soll, kann man mit einem der bekannten mikrolithographischen Verfahren arbeiten
(vgl. hierzu die offengelegte PCT-Anmeldung WO 79/01025 oder die DE-OS 29 31 259).
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Die vorgeschlagene Flüssigkristallzelle kann generell in MODEMs eingesetzt
werden und eignet sich speziell für alle Anlagen der Digitaltechnik, die über die
Telephonleitung arbeiten.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
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Der Lösungsvorschlag soll nun in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung
näher erläutert werden. In den Figuren sind einander entsprechende Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäl3e Flüssigkristallzelle,
in einem Querschnitt; Fig. 2 von der Fig. 1 eine Ausschnittsvergrößerung, mit angedeuteter
Oberflachenorientierung; Fig. 3 die Fig. 1 im Schnitt III-III; die Fig. 4 bis 7
von weiteren Ausführungsbeispielen Ausschnitte gemäß Fig. 2; unS Fig. 8 in einem
stark vereinfachten Schaltbild d e Kopplung eines Senderkreises mit einem Empfängerkreis.
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Die Flüssigkristallzelle der Figuren 1 bis 3 enthält im einzelnen
einen vorderen Linearpolarisator 1, eine vordere Trägerplatte 2, eine hintere Trägerplatte
3, und einen hinteren, zum vorderen gekreuzten Linearpolarisator 4.
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Die beiden Trägerplatten erden über einen Rahmen 6 dicht
miteinander
verbunden und tragen auf ihren einander zugewandten Innenflächen jeweils einen leitfähigen
Belag (Elektrode 7, 8) und darüber eine Orientierungsschicht 9, 11. Die vom Rahmen
6 und den beiden Substraten 2, 3 definierte Kammer enthält eine Flüssigkristallsubstanz
12 mit einer positiven dielektrischen Anisotropie.
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Die Orientierungsschicht 9 ist aus schachbrettartig angeordneten Flächen
13, 14 zusammengesetzt, die jeweils plattenparallel bzw. plattensenkrecht orientieren.
Diese Flachen, die eine Kantenlänge von ca. 2 haben, lassen sich folgendermaßen
herstellen: man überzieht die Elektrode zunächst mit einem homogen ausrichtenden
Film und dann mit einem zweiten Film, der homöotrop orientiert.
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Anschließend schafft man im zweiten Film Fenster, die jeweils einer
Fläche 13 entsprechen. Die Orientierungsschicht 11 bewirkt an ihrer ganzen Fläche
eine einheitlich plattensenkrechte Textur. Mit diesen Randbedingungen erhält die
Flüssigkristallschicht eine- Molekülordnung, die in der Figur durch Striche 16 -
sie repräsentieren den Flüssigkrstalldirektor am jeweiligen Ort -angedeutet ist.
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Im "Aus"-Zustand wirkt der verspannte Teil der Flüssigkristallschicht
doppelbrechend; dementsprechend wird der Polarisationszustand des eintretenden Lichts
geändert, mit der Folge, daß die Zelle mit ihren gekreuzten Polarisatoren lichtdurchlässig
ist. Im "Ein"-Zustand ist die Flüssigkristallschicht fir durchtretendes Licht optisch
isotrop, so daß die gesante Zelle sperrt.
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Außer dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Orientierungsschema
gibt es noch eine Vielzahl weiterer Konfigurationen, diezuähnlch guten Ergebnissen
führen. In den Figuren 4 bis 7 sind vier Beispiele eingezeichnet. Der übersicht
halber sind dabei die Leit- und Orientierungsschichten weggelassen. Unter der Voraussetzung,
daß das
elektrische Feld quer zur Schichtebene angelegt wird, benötigt
man für die Variante der Fig. 4 einen Flüssigkristall mit einer positiven dielektrischen
Anisotropie (Ag>O)und im Falle der Figuren 5 und 5 eine Flüssigkristallsubstanz,
deren asCO ist; bei der Ausführung der Fig. 7 kommt es auf das Anisotropievorzeichen
nicht an.
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Das Textursystem der Fig. 4 läßt sich noch dadurch modifizieren, daß
an der Platte 2 die in der Zeichenebene plattenparallel orientierten Moleküle eine
homöotrope Vorzugsrichtung erhalten.
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In Fig. 8 erkennt man, wie die Flüssigkristallzelle in einem MODEM
eingebaut sein kann. In eine Signalleitung 17 ist ein leitungsgespeister CMOS-Kreis
18 eingefügt, der eine Flüssigkristallzelle 19 steuert. Auf der einen Seite dieser
Zelle befindet sich ein Photosensor 21, dem eine Empfangselektronik 22 nachgeschaltet
ist. Auf der anderen Zellenseite ist eine Lichtauelle 23 angeordnet, die im Betrieb
die Zelle ständig beleuchtet und mit den übrigen Bauteilen auf der Emrfangsseite
von einer gemeinsamen Quelle versorgt wird.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Ausführungsbeispiele.
Wenn man berücksichtigt, daß es im Grunde nur darauf ankommt, an einer der beiden
Elektrodenplatten eine hinreichend feine Matrix aus affiternierend orientierenden
Elementen zu erzeugen, so wird klar, daß hier noch ein erheblicher Gestaltungsspielraum
besteht. So könnte man etwa von einem Rillensystem ausgehen, wie es etwa in IEEE
Trans.Electron Devices ED-24 (1977) 807 geschildert wird, die beiden Flanken einer
jeden Rille so behandeln, daß die angrenzenden Flüssigkristallmoleküle stark unterschiedliche
Anstellwimkel haben, und schließlich dieses System mit einem ähnlichen System kreuzen.
Die hieraus entstehende Flüssigkrista lorientierung ist an keiner Stelle streng
hol.notrop oder homogen, erfüllt ab r dennoch die «n sie zu stellenden
Bedingungen.
Darüber hinaus bleibt es dem Fachmann unbenommen, den angestrebten Oberflächeneffekt
noch durch weitere Maßnahmen zu fördern - etwa durch Zugabe einer chiralen Komponente
zu einem nematischen Flüssigkristall mit einem n0 - und/oder auch noch die im Schichtinneren
befindlichen Flüssigkristallmoleküle schaltbar zu machen. Dies kann dadurch geschehen,
daß man eine Flüssigkristallsubstanz auswählt, deren dielektrische Anisotropie bei
einer bestimmten Ansteuerfrequenz vk das Vorzeichen wechselt, und mit zwei Frequenzen
(p1<vk<v2) adadressiert. Davon abgesehen kann die Zelle auch anderen Zwecken
dienen, etwa zur Darstellung von (alphanumerischen) Informationen; sie ist dann
mit mehreren, selektiv ansteuerbaren Anzeigeelementen zu versehen, wobei es ausreicht,
die Flüssigkristallschicht lediglich in ihren schaltbaren Bereichen zu orientieren.
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6 Patentansprüche 8 Figuren
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