DE3302332A1

DE3302332A1 - Fluessigkristallvorrichtung

Info

Publication number: DE3302332A1
Application number: DE3302332A
Authority: DE
Inventors: Takao Kawamura; Akihiko Sakai Sugimura
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1983-08-11
Also published as: DE3302332C2; US4585311A

Description

Kyocera Corporation Kyoto/Japan

und

Takao KAVAMUEA
Osaka/Japan

Flüssigkristallvorrichtung

Die Erfindung "betrifft eine Flüssigkristallvorrichtung, bei der ein elektrooptischer Effekt benutzt wird, insbesondere eine Flüssigkristallvorrichtung, welche den Betrag der Doppelberechnung der Flüssigkristallmoleküle ausnutzt. Genauer gesagt: Die Erfindung betrifft das Merkmal, daß der Brechungsindex des Lichtes in Richtung der Hauptachse und der dazu senkrecht liegenden Achse in den Molekülen der' Flüssigkristalle unterschiedlich ist.

Seit einiger Zeit werden im großen Umfang Flüssigkristall-' vorrichtungen verwendet, welche den elektrooptischen Effekt des Flüssigkristalles benutzen, und zwar für die numerische Anzeige bei Armbanduhren bzw. Rechnern. Die Weiterentwicklung der Benutzung im elektrooptischen Bereich, z.B. bei elektrooptischen Verschlüssen bei Kameras oder elektrooptischen Lenern für Drucker, sowie'auf anderen Gebieten ist zu erwarten.

Tn dem Fall jedoch, in dem der elektrooptisch^ Effekt einer herkömmlichen Flüssigkristallvorrichtung für die Betätigung z.B. einer elektrooptischen Blende ausgenutzt wird, sind die Orientierungen des Flussigkristails in zwei Eichtungen zur Bildung der "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes so unterschiedlich, daß für eine der Orientierungen das elektrische Feld zwischen den Gegenelektroden verwendet wird und so die Ausrichtung der Moleküle des Flüssigkristalls zwischen den "beiden E]äctroden gezwungenermaßen verändert wird, während die andere Orientierung nur von der Molekülausrichtung auf Grundlage der Anfangsausrichtung desselben abhängt.

Somit ist die Reaktionsgeschwindigkeit von Flüssigkristallen extrem langsam (ca. mehrere zehn bis hundert msec). Der Lichtaustritt ist aber nicht vollständig unterbrochen, was dazu führt, daß eine derartige bekannte Flüssigkristallvorrichtung nicht als elektrooptischer Verschluß in der Praxis angewendet werden kann.

Es ist bereits eine Flüssigkristallvorrichtung bekannt, welche drei Elektroden aufweist, so daß eine der Gegenelektroden der Zelle interdigital ist, wodurch der Fachteil der Reaktionsgeschwindigkeit bei der herkömmlichen Flüssigkristallvorrichtung vermieden wird.

Die Vorrichtung, welche eine Zelle jmit drei Elektroden verwendet, benutzt die Verzögerung nach der optischen Anisotropie der Flüssigkristallmoleküle. Sie ist so ausgebildet, daß eine Flüssigkristallzelle 1, wie aus Fig. Λ (A) und 1(B) ersichtlich, zwischen Polarisatoren Po und An angeordnet ist, deren Polaristationsachsen sich im rechten Winkel schneiden, so daß die Längsrichtung (die Richtung der y-Achse) der interdigitalen Elektroden L und L2 an der Flüssigkristallzelle jeweils im Winkel von 45° im Hinblick auf die Polarisationsachsen der beiden Polarisatoren Po und An verläuft.

Wird eine Spannung Vc zwischen die Gegenelektrode L und L^, an die Flüssigkristallzelle 1 angelegt, richten sich die COPY

Flüssigkristallmoleküle vertikal (in Richtung der z-Achse in Fig. 1(B)) aus und das Licht tritt direkt durch die Flüssigkristallzelle hindurch. Es wird von den beiden Polarisatoren Po und An unterbrochen, deren Polarisationsachsen sich senkrecht schneiden. Für das Licht herrscht somit der "Aus"-Zustand.

Wird andererseits eine Spannung Vd zwischen die interdigitalen Elektroden L_Q und L2 angelegt, richten sich die Flussigkristallmoleküle parallel (in Richtung der x-Achse in Fig. 1(B)) aus und weisen die gleiche Charakteristik wie ein einachsiger Kristall mit optischer Achse in Richtung x-Achse auf, wobei die optische Achse unter einem Winkel von 4-5° zu den beiden Polarisatoren verläuft, wodurch der Durchtritt des Lichtes durch die Polarisatoren in einer durch die folgende Gleichung gegebenen Intensität erfolgt. Für das Licht herrscht somit der Zustand "Ein".

I = Io Sin² 2 φ Sin² £,

Io: die Lichtintensität nach Abzug des Verlustes des durch_ den Lichtdurchtritt durch die Polarisatoren · Po und An bewirkten Verlustes ist;

jzf: ein Winkel zwischen den Polarisationsrichtungen des einfallenden Lichtes und der Achse der Flüssigkristallmolekül e ist, wenn φ - 4-5°; und wobei

5" : eine Phasendifferenz zwischen dem gewöhnlichen Strahl und dem außergewöhnlichen Strahl in der Flüssigkristallzelle ist.

Somit werden durch die anzulegenden Spannungen Vc-und Vd die "Ein"-, "Aus"-Zustände des Lichtes gesteuert. Die Flüssigkristallvorrichtung mit einer·Dreielektrodenzelle, deren Orientierungen der Flüssigkristalle zwangsweise die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes mittels der angelegten Spannungen Vc und 'Vd bilden, kann eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, wie z.B. mehrere Millisekunden,erreichen.

Bei dieser bekannten Flüssigkristallvorrichtung mit Dreielektrodenzelle weist jedoch jede der Elektroden eine bestimmte Dicke auf, so daß die Anwendungsrichtungen des elektrischen Feldes für die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle im oberen und seitlichen Bereich der Elektrode um einen Winkel von ca. 90° unterschiedlich ist. Wird daher das durchtretende Licht ausgeschaltet, richtet sich der Flüssigkristall in Richtung z-Achse im oberen Bereich der Elektrode L und in Richtung x-Achse im seitlichen Bereich der Elektrode aus, so daß die optische Achse unter einem Winkel von 4-5 zu den beiden Polarisatoren unter der gleichen optischen Charakteristik verläuft, wie das einachsige Kristall mit der optischen Achse in Richtung der x-Achse. Somit tritt das Licht mit einer Intensität, welche durch die gleiche Gleichung gegeben ist, die den "Ein"-Zustand des Lichtes bewirkt hat, immer durch den seitlichen Bereich der Elektrode hindurch und bildet somit den "Ein"-Zustand. Daher weist die Flüssigkristallvorrichtung den Nachteil auf, daß der vollständige "Aus"-Zustand des Lichtes, von der Elektrode als Ganzes gesehen, nicht erzielt werden kann.

Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Flüssigkristallvorrichtung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristallvorrichtung zu· schaffen, welche mit hoher Geschwindigkeit arbeitet, den vollständigen "Aus"-Zustand des hindurchtretend en Lichtes ermöglicht und ein extrem hohes Kontrastverhältnis des "Ein"-, "Aus"-Zustandes des hindurchtretenden Lichtes aufweist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Polarisatoren, deren Polarisationsachsen sich im rechten Winkel schneiden, ein Transparentsubstrat mit interdigitalen Elektroden und ein Transparentsubstrat mit einer Gegenelektrode dicht nebeneinander angeordnet sind, so daß beide Elektroden sich gegenüberliegen, und daß eine Flüssigkristallzelle für die Zufuhr der Flüssigkristalle ^wischen die beiden Transparentsubstrate so angeordnet ist, daß die interdigitalen Elektroden zur Polarisationsachse einer der beiden Polarisatoren parallel

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich, aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbejspiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1(A) und (B) Ansichten einer bekannten Flüssigkristallvorrichtung;

Fig. 2(A) und (B) Ansichten einer ersten Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die interdigitalen

Elektroden der Ausführungsform nach Fig. 2;

Fig. 4(A) und (B) Ansichten einer zweiten Ausführungsform

der erfindungs gemäßen "Vorrichtung;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die interdigitalen

Elektroden der Ausführungsform nach Fig. 4;

Fig. 6(A) und (B) Ansichten einer dritten Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die interdigitalen

Elektroden der Ausführungsform nach Fig. 6.

Fig. 2(A) und (B) zeigen die Grundkonstruktion einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallvorrichtung, wobei eine Flüssigkristallzelle 1 und Polarisatoren Po j und An vorgesehen sind. ]

Die Flüssigkristallzelle Λ besteht aus einem Transparentsubstrat 2 mit an seiner Innenfläche angeordneten interdigital on

COPY,

Elektroden L und I^ sowie aus einem Transparentsubstrat 3 mit einer an neiner Innenfläche ausgebildeten Gegenelektrode L_-1. Die beiden Substrate 2 und 3 sind durch Abstandhalter abgedichtet nebeneinander angeordnet und bilden so den vorbestimmten Zwischenraum, in welchen flüssigkristalle 5 der positiven dielektrischen Anisotropie eingebracht werden.

Die Innenflächen der Transparentsubstrate 2 und 3 sind zur erleichterten molekularen Ausrichtung des Flüssigkristall 5 der molekularen Ausrichtung ausgesetzt.

Die interdxgitalen Elektroden L und I^ sowie die Gegenelektrode L^, bestehen aus transparentem, leitendem Material, z.B. Zinn- oder Indiumoxid. Sie werden durch die üblichen Beschichtungs- und Ätzverfahren aufgebracht.

Die interdxgitalen Elektroden werden nach Fig. 3 von der Elektrode L mit einer Ausnehmung und einer darin eingeführten Elektrode I^ gebildet, die darüberhinaus ragt, wobei diese Elektrode L^ als eine gemeinsame Elektrode geerdet ist und wobei die Elektrode L an eine nicht dargestellte äußere Stromquelle angeschlossen ist bzw. mittels eines Schalters S an einen Masseanschluß und somit als Treiberelektrode bzw. als geerdete Elektrode dient.

Die Gegenelektrode L^, ist ebenfalls an die äußere (nicht gezeigte) Stromquelle angeschlossen und dient als Steuerelektrode,

Sofern die Elektrode L der interdxgitalen Elektroden durch den Schalter S an den Masseanschluß angeschlossen ist, sind die interdxgitalen Elektroden L und Lp geerdet und die Steuerspannung Vc wird zwischen den interdxgitalen Elektroden L und Lo und der Gegenelektrode Ly, angelegt, wodurch sich der Flüssigkristall 5 zu den Substraten 2 und 3 vertikal ausrichtet. Nach erfolgter Verbindung der Elektrode L₀ mit der Treiberstromquelle wird die_Treiberspannung Vd zwischen den interdxgitalen Elektroden L_Q und "L^ ^und ^^e Steuerspannung Vc zwischen der Gegenelektrode L>, und der interdxgitalen Elektrode L2 angelegt, wodurch sich der Flüssigkristall 5 in Rich-

tung des aus beiden Spannungen zusammengesetzten elektrischen Mdes orientiert, d.h. schräg zu den Substraten 2 und 3 der Flüssigkristallzelle 1.

Darüberhinaus ist die Zahl der Vorsprünge der interdigitalen Elektroden L und Lp nicht auf drei begrenzt, wie in Fig. 3 gezeigt, sondern je nach Wunsch entsprechend der Größe der Flüssigkristal Iz el Ie 1 veränderbar.

Die Polarisatoren Po und An befinden sich vor und hinter der Flüssigkristallzelle 1, d.h. jeweils an der Lichteinfallsund der Lichtdruchtrittseite, wobei sich deren Polarisationsachsen im rechten Winkel miteinander kreuzen. Alternativ dazu kann der Polarisator An anstelle des Polarisators Po so angeordnet sein, daß seine Polariaationsachse parallel zu den interdigitalen Elektroden der Flüssigkristallzelle 1 verbleibt.

Die Flüssigkristallvorrichtung weist vorn am Polarisator Po eine kleine, nicht dargestellte Lampe mit einem Wolfram-Leuchtkörper als Lichtquelle auf, so daß sich bei Anlegen der Steuerspannung Vc zwischen der Gegenelektrode L^ und den interdigitalen Elektroden L und Lo flüssige Kristallmoleküle vertikal (in Richtung der z-Achse nach Fig. 2(B)).zu den Substraten ausrichten. Dabei wird das in Richtung der y-Achse durch den Polarisator Po, dessen Polarisationsachse in Richtung der y-Achse verläuft, polarisierte Licht nicht vom Flüssigkristall 5 absorbiert, sondern tritt direkt durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurch. Das in der x-Achse durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtretende Licht wird vollständig vom Polarisator An absorbiert, dessen Polarisationsachse in Richtung der x-Achse verläuft, und zur Bildung des "Aus"-Zustandes des durchtretenden Lichtes unterbrochen.

Uun kann, selbst wenn der seitlich an der Elektrode angeordnete Flüssigkristall in Richtung der x-Achne aufgrund einer festgesetzten Breite jeder Elektrode der Flüssigkristall zelle 1 orientiert ist, durch die zur Polarisationsachse (in Richtung der y-Achse) des Polarisators Po senkrechte Orientierung.

COPY /10

dieser seitlich an der Elektrode angeordnete Flüssigkristall (der Flüssigkristall in Richtung der y-Achse) das durchtretende Licht vollkommen in Richtung der y-Achse über den Polarisator Po absorbieren, wodurch der Druchtritt des Lichtes durch die Flüssigkristallzelle Λ nicht möglich ist. Als Resultat bildet die Flüssigkristallvorrichtung ebenfalls an der Seite der Elektrode der Flüssigkristallzelle Λ einen vollständigen "Aus"-Zustand für das durchtretende Licht.

Wird die Treiberspannung Vd zwischen den interdigitalen Elektroden L und Lo der Flüssigkristallzelle 1 und gleichzeitig die Steuerspannung Yc zwischen die Gegenelektrode L^ und die interdigitale Elektrode L^ angelegt, richten sich die Moleküle des Flüssigkristalls 5 schräg (in Richtung der zusammengesetzten z- und x-Achsen nach Fig. 2(B)) zu den Substraten der Flüssigkristallzelle Λ aus, so daß das in Richtung der y-Achse durch den Polarisator Po der Polarisationsachse in Richtung der y-Achse polarisierte Licht in Richtung der x-Achse der optischen Rotation ausgesetzt ist und durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtritt. Das optisch rotierte Durchtrittslicht tritt direkt durch den Polarisator An der Polarisationsachse in Richtung der x-Achse, wodurch der "Ein"-Zustand des durchtretenden Lichtes gegeben ist. Auf diese Weise werden die "Ein"-, "Aus"-Zustände des Lichtes gebildet.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform erläutert.

Hierbei sind die Flüssigkristallzelle und die Polarisatoren wie in Fig. 2 gezeigt und die interdigitalen Elektroden wie in Fig. 3 gezeigt angeordnet. Ein He-Ue-Laser (λ- = 6328 S.) ist dabei als Lichtquelle verwendet worden und an jede Flüssigkristallzelle ist eine Treiberspannung Vd und eine Steuerspannung Vc angelegt worden, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit (Anstiegs- und Abfalls zeit) sowie ein Kontrastverhältnis für die "Ein"- und "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes an der Flüssigkristallvorrichtung meßbar sind.

Ferner werden die Anstiegszeit ( ~C schreiben), die Abfallzeit (T löschen) und das Kontrastverhältnis jeweils durch die

O . /M-

folgenden Gleichungen bestimmt:

~~C schreiben = X" Verzögerung +TTAnstieg und T löschen = T Abfall,

T*Verzögerung: die Anstiegszeit für die Erhöhung der Intensität des durchtretenden Lichtes von einem Mindestwert auf 10% des Höchstwertes der Intensität ist;

X Anstieg: eine Zeitdauer für die Erhöhung der Intensität des durchtretenden Lichtes von 10 auf 90% des Höchstwertes ist; und wobei

L Abfall: eine Zeitdauer für die Intensität des durchtretenden Lichtes ist, das von 90 auf 10 % des Höchstwertes abgefallen ist. ..

Das Kontrastverhältnis = — ,

T min.

T max.: der Höchstwert der Intensität des durchtretenden Lichtes ist und T min.: der Mindestwert davon ist.

1. Beispiel -

Bei diesem Beispiel sind die Flüssigkristallzelle und die Polarisatoren aus den nachfolgenden Komponenten gebildet, und die Reaktionsgeschwindigkeit und das Kontrastverhältnis sind nach Anlage einer Steuerspannung Vc von 35 "V (effektiv) und einer Treiberspannung Vd von 35 V (effektiv) gemessen worden.

Flüssigkristallzelle mit

verwendetem Flüssigkristall: ZLI-1557 (hergestellt durch

Merck &'Co., Inc.)

Transparentsubstrat: Glassubstrat

Elektrodenmaterial: Indiumoxid und ein Zwischenraum zwischen den Transparentsubstx'aten (Dicke dev J?'lür;.sigkristallschicht) : 12,5 ^m. und Polarisator mit HN-38 (hergestellt durch Polaroid Corp.)

OO UZO jZ

(Meßergebniss)
Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: (TT schreiben) = 0,5 msec

Abfallzeit : ( T" löschen) = 0,6 msec Kontrastverhältnis:

T max. _ ^20

T min.

2. Beispiel

Es wurde eine Flüssigkristallzelle mit einem Zwischenraum von 6,0/tm zwischen den Transparentsubstraten nach Beispiel 1 verwendet. Die Steuerspannung Yc von 60 V (effektiv) und die Treiberspannung Vd von 60 V (effektiv) sind zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit und des Kontrastverhältnisses wie in Beispiel 1 angelegt worden.

(Meßergebnisse)
Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: (T schreiben) = 0,25 msec

Abfallzeit: (~C löschen) = 0,5 msec Kontrastverhältnis:

T max.

T min.

= 470

5. Beispiel

Es wurde eine Flüssigkristallzelle mit einem Zwischenraum von 6,Ojii.m zwischen den Transparentsubstraten nach Beispiel 1 verwendet, und eine Steuerspannung Vc von 80 V (effektiv) und eine Treiberspannung Vd von 80 V (effektiv) wurden angelegt, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit und das Kontrastverhältnis wie in Beispiel 1 gemessen werden konnten.

(Meßergebnisse)
Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: ( T schreiben) = 0,15 msec und

Abfallzeit: ( T löschen) = 0,25 msec Kontrastverhältnis:

^ max. _{= 93O} . COPY

T min.

Vergle ichsbeispiel

Die Flüssigkristallzelle und die beiden Polarisatoren nach Beispiel 1 sind wie in Fig. 1 gezeigt angeordnet und die Steuer spannung Vc von 35 V (effektiv) und die Treib er spannung von 35 V (effektiv) sind angelegt worden, so daß die Reaktionsgeschwindigkeit und das KontTastverhältnis gemessen werden konnten.

(Meßergebnisse)

Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: ( T schreiben) = 1,5 msec und Abfallzeit: ( T löschen) = 0,35 msec

Kontrastverhältnis:
T max.

T min.

_ „

Wie aus den Meßergebnissen vorstehender Beispiele zu erkennen ist, ist die Flüssigkristallzelle nach der ersten Ausführungsform zwischen den Polarisatoren angeordnet, deren Polarisationsachsen sich senkrecht zueinander schneiden, so daß die interdigitalen Elektroden zu einer der beiden Polarisationsachsen parallel bleiben, wodurch das Kontrastverhältnis der "Ein"-, "Aus"-Zustände des übertragenen Lichtes weit verbessert ist und-die Reaktionsgeschwindigkeit extrem erhöht werden konnte.

Als nächstes folgt die Beschreibung der zweiten Ausführungsform der Flüssigkristallvorrichtung anhand von Fig. 4(A) und (B) sowie Fig. 5.

Die den Teilen der ersten Ausführungsform entsprechenden Teile tragen die gleichen Bezugsziffern.

Fig. 4(A) und (B) zeigen die Grundkonstruktion der zweiten Ausführungsform, wobei eine Flüssigkristallzelle 1 und Polarisatoren Po und An vorgesehen sind.

Die Flüssigkristallzelle 1 besitzt ein Transparentsubntrat 2 mit an dessen Innenfläche angebrachten interdigitalen Elektroden Lx und L₁J, sowie ein Transparentsubstrat 3 mit einec Gegenelektrode L,, an seiner Innenfläche. Beide Substrate 2 und 3

-Ak-

sind durch Abstandhalter 4 dicht beieinander angeordnet, so daß zwischen ihnen ein vorbestimmter Zwischenraum besteht. In den Zwischenraum wird der die Anisotropie darstellende Flüssigkristall 5 eingebracht.

Die Transparentsubstrate 2 und 3 sind an ihren Innenflächen der molekularen Orientierung zur erleichterten molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls 5 ausgesetzt.

Die interdigitalen Elektroden Iw und L₂, und die Gegenelektrode Im bestehen aus transparentem, leitendem Material, z.B. Zinnoder Indiumoxid oder dergl., und werden durch die herkömmlichen Beschichtungs- und Ätzverfahren aufgebracht.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, weisen die interdigitalen Elektroden eine mit einer Ausnehmung versehene Elektrode L^ und eine darin eingreifende Elektrode L₁, auf, wobei die Elektrode li-z wie eine gemeinsame Elektrode, geerdet ist. Die Elektrode L₁, wird mittels eines Schalters S an eine nicht dargestellte äußere Stromquelle bzw. an einen Erdanschluß wie die Treiberoder die Masseelektrode angeschlossen und ist genauso breit wie eine Stelle, welche die "Ein"-., "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes bewirkt.

Die als Steuerelektrode dienende Gegenelektrode L^, ist ebenfalls an die (nicht dargestellt) äußere Stomquelle angeschlossen.

Sobald die Elektrode L^ über den Schalter S an den Erdanschluß angeschlossen ist, werden die interdigitalen Elektroden L^ und L/j. geerdet, so daß eine Steuerspannung Vc zwischen den interdigitalen Elektroden L^ und L₂, und der Gegenelektrode L^ angelegt wird, wodurch die vertikale Orientierung des Flüssigkristalls 5 zu den Substraten 2 und 3 der.Flüssigkristallzelle 1 bewirkt wird. Ist die Elektrode L^ an die Treiberstromquelle angeschlossen, wird die Treiberspannung Vd zwischen den Elektroden L^ und L₁^ und die Steuerspannung Vc zwischen die Gegenelektrode L/j und die interdigitale Elektrode L^ angelegt. COPS Dadurch orientiert sich der Flüssigkristall 5 in Richtung des ""

aus beiden Spannungen zusammengesetzten elektrischen Feldes, d.h. unter einem Winkel zu den Substraten 2 und 3 der Flüssigkristallzelle 1.

Darüberhinaus ist die Anzahl der kamraartigen Vorsprünge der interdigitalen Elektroden L^ und L^ nicht auf drei begrenzt, wie in Fig. 3 gezeigt, sondern kann je nach Wunsch entsprechend der Größe der Flüssigkristallzelle Λ verändert werden.

Die Polarisatoren Po und An sind vor und hinter der Flüssigkristallzelle 1 angeordnet, d.h. jeweils an der Lichteinfall- und Liehtaustrittseite, wobei die Polarisationsachsen der Polarisatoren sich senkrecht zueinander schneiden. Alternativ dazu kann statt der Polarisationsachse des Polarisators Po 'die des Polarisators An parallel zu den interdigitalen Elektroden der Flüssigkristallzelle 1 angeordnet sein.

Die Flüssigkristallzelle 1 weist vorn am Polarisator Po eine nicht dargestellte kleine Lampe mit einem WoIfram-Leuchtkörper als Lichtquelle auf und die Steuerspannung Vc ist zwischen der Gegenelektrode L^ und den-interdigitalen Elektroden L^ und L^ angelegt, wobei sich.die Moleküle des Flüssigkristalls 5 vertikal (in Richtung der z-Achse nach Fig. ²I-(B)) zu den Substraten 2 und 3 ausrichten, so daß das in Richtung der y-Achse des Polarisators Po der Polarisationsachse in Richtung y-Achse polarisierte Licht nicht vom Flüssigkristall 5 absorbiert wird, sondern direkt durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtritt. Dabei wird das durchtretende Licht vollständig vom Polarisator An absorbiert und somit unterbrochen, wodurch der "Aus"-Zustand erreicht worden ist.

Selbst wenn der seitlich an der Elektrode angeordnete Flüssigkristall in Richtung der x-Achse aufgrund der festgesetzten Dicke jeder Elektrode der Flüssigkristallzelle T orientiert ist, "kann nun, da die Orientierung senkrecht zur Polarisationsachse (in Richtung der y-Achse) des Polarisators Po verläuft, das Licht in der Achse y, welches durch den Polarisator Po hindurchläuft, vollständig vom Flüssigkristall seitlich der Elektrode (der in Richtung der x-Achse orientierte Flüssigkristall) absorbiert werden, weshalb der Durchtribt des Lichtes

durch die Flüssigkristallzelle 1 nicht möglich ist. Somit ist der "Aus"-Zustand für das durchtretende Licht ebenfalls an der Seite der Flüssigkristallzelle 1 gegeben.

Wird die Treiberspannung Vd zwischen den interdigitalen Elektroden L^ und L^ und gleichzeitig die Steuerspannung Vc zwischen die Gegenelektrode L^ und die interdigitale Elektrode Iw angelegt, richten sich die Moleküle des Flüssigkristalls schräg, (in Richtung der zusammengesetzten Achse aus den z- und x-Achsen nach Fig. 5(B)) zu den Substraten der Flüssigkristallzelle 1 aus, so daß das in Richtung der y-Achse des Polarisators Po, dessen Polarisationsachse in Richtung der y-Achse verläuft, polarisierte Licht zum Teil optisch durch den Flüssigkristall 5 rotiert wird und durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtritt. Danach tritt es direkt durch den Polarisator An, dessen Polarisationsachse in Richtung der x-Achse verläuft. Somit ist der "Ein"-Zustand für das durchtretende Licht geschaffen.

Selbst wenn nun zu diesem Zeitpunkt der Flüssigkristall zwischen den Elektroden L^ und L^ in die Richtung orientiert ist, welche den "Aus"-Zustand des durchtretenden Lichtes aufgrund größerer Wirkung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden L^ und L, bildet, kann durch die interdigitale Elektrode L,, welche am Außenumfang eines die "Ein"-, "Aus^M-Zustände des durchtretenden Lichtes bildenden Punktes angeordnet ist, dieses durchtretende Licht in hohem Maße intensiviert werden, ohne daß der Durchtritt des Lichtes behindert wird.

Dadurch werden die vollständigen "Ein"-, "Aus"-Zustände für das durchtretende Licht geschaffen.

Die Flüssigkristallvorrichtung ermöglicht ein Druckbild mit hoher Wiedergabetreue im Hinblick auf ein gewünschtes Bild, wenn die Vorrichtung einen Zwischenraum-von 15 "bis 25//.m zwischen den kammartigen Vorsprüngen der Masseelektrode L? der interdigitalen Elektroden, eine Breite von 10 bis 20 /tm der Treib er elektrode L^, eine Breite von 15 ^>is 25^m der Gegenelektrode L^ und einen extrem kleinen Bereich von 150

bis 500 ^m zur Bildung der "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes aufweist und für optoelektronische Verschlüsse bei Lesern für Drucker verwendet wird.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser zweiten Ausführungsform anhand folgender Beispiele beschrieben:

Bei diesen Beispielen sind die Flüssigkristallzelle und die
Polarisatoren entsprechend Fig. 4 angeordnet. Die' interdigitalen Elektroden haben die Form nach Fig. 5- Ein He-Ne-Laser
(Λ = 6328 S.) ist als Lichtquelle verwendet worden, und es ist an jede Flüssigkristall zelle eine Treiber spannung Vd und eine Steuerspannung Vc angelegt worden, wodurch die Messung der
Reaktionsgeschwindigkeit (Anstiegs- und Abfallzeit) und ein
Kontrastverhältnis der "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes möglich wurde.

Ferner werden die Anstiegszeit (T schreiben), die Abfallzeit
(ITlöschen) und das Kontrastverhältnis durch nachstehende
Gleichungen gegeben:

~~L schreiben =T~verzögern + T" anheben' und
T löschen =Tabfallen

~C Verzögerung: die Anstiegszeit für die Erhöhung der Intensität des durchtretenden Lichtes vom Höchstwert auf 10 % des Mindestwertes der Intensität ist;

"V Anstieg: eine Zeitdauer für die Intensität des durchtretenden Lichtes ist, welche von 10 auf 90 % des Höchstwertes ansteigt; und wobei ]

TT Zerfall: eine Zeitdauer für die Intensität des·durchtretenden Lichtes ist, welche von 90 auf 10 % des Höchstwertes abfällt.

Das Kontrastverhältnis =

¹S jain.

T max.: der Höchstwert der Intensität des dm-chbreten

den Lichtes ist und
T min.: der Mindestwert davon ist.

1. Beispiel

Bei diesem Beispiel sind die Flüssigkristallzelle und die Polarisatoren aus nachfolgenden Komponenten zusammengesetzt und eine Steuerspannung Vc von 60 V (effektiv) und eine Treiberspannung Vd von 60 V (effektiv) angelegt worden. Dadurch konnten die Reaktionsgeschwindigkeit und das Kontrastverhältnis gemessen werden.
Flüssigkristallzelle mit

verwendetem Flüssigkristall: ZLI-1557 (hergestellt durch

Merck & Co.,Inc.)

Transparentsubstrat: Glassubstrat

Elektrodenmaterial: Indiumoxid sowie ein Zwischenraum zwischen den Transparentsubstraten (Dicke der Flüssigkristallschicht): 6,0/im

Polarisatoren mit

HN-38 (hergestellt durch Polaroid Corp.)

(Meßergebnisse)
Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: ( T" schreiben) = 0,2 msec und

Abfallzeit: (U abfallen) = 0,15 msec Kontrastverhältnis:

T max. _{= 620}

T min.

2. Beispiel

Es ist die Flüssigkristallzelle nach Beispiel 1 verwendet worden und eine Steuerspannung Vc von 30 V (effektiv) und eine Treiberspannung Vd von 30 V (effektiv) angelegt worden. Dadurch konnten die Reaktionsgeschwindigkeit und das Kontras tver hai tnis gemessen werden.
(Meßergebnisse)
Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: (T" schreiben) = 0.9 msec und

Abfallzeit: ( χ~ löschen) = 0,25 msec Kontrastverhältnis:

T max.

: =140 _

Vergleichsbeispiel

Die Flüssigkristallzelle nach Beispiel 1 ist wie in Fig. 1 gezeigt aufgebaut und es wurde eine Steuerspannung Vc von 35 "V (effektiv) und eine Treiberspannung Vd von 35 V (effektiv) angelegt, wodurch die Messung der Reaktionsgeschwindigkeit und des Kontrastverhältnisses ermöglicht wurde.

(Meßergebnisse)

Reaktionsgeschwindigkeit:

Anstiegszeit: (TT schreiben) = 0,5 msec und

Abfallzeit: ( T" abfallen) = 0,6 msec Kontrastverhältnis: · .

T max.

= 125

min.

Vie aus den vorstehenden Meßergebnissen ersichtlich, ist die zweite Ausfuhrungsform der Flüssigkristallvorrichtung so konstruiert, daß sich die Flüssigkristallzelle zwischen den beiden Polarisatoren befindet, deren Polarisationsachsen sich senkrecht zueinander schneiden, so daß die interdigitalen Elektroden parallel zu einem der beiden Polarisatoren liegen. Die interdigitalen Elektroden umfassen eine Masseelektrode mit einer Vielzahl von kammartiger. Vorsprüngen und eine Treiberelektrode j die sich zwischen diesen Vorsprüngen befindet und genauso breit ist, wie ein Punkt, der die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes bildet. Dadurch wurde das Kontrastverhältnis der "Ein"-, "Aus"-Zustände des Lichtes stark verbessert und die Reaktionsgeschwindigkeit sehr erhöht.

Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform anhand Fig. 6(A) und (B) und Fig. 7 beschrieben.

Die gleichen Komponenten entsprechend Fig. Λ und 2 sind durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.

Fig. 6(A) und (B) zeigeh~die Grundkonstruktion der dritten Ausführungsform, wobei eine Flüssigkristallzelle 1 und Polarisator en Po und An gegeben sind.

Die Flüssigkristallzelle 1 umfaßt ein Trannpnr-cntr.ubrstr.'it, ? mit einer mit Ausnehmungen versehenen Manseelektrode Lp^ und

O O U L O θ L

Treib er elektroden L_0x, und Lqo dicht neben der Elektrode Lp.* an der Innenfläche des Substrats, sowie ein Transparentsubstrat 3, dessen Innenfläche mit einer Gegenelektrode L,,^ versehen ist, wobei beide Substrate durch Abstandshalter 4- dicht nebeneinander angeordnet sind und so einen vorbestimmten Zwischenraum bilden, in welchen der die positive Anisotropie darstellende Flüssigkristall 5 eingeführt wird.

An ihren Innenflächen sind die Transρarentsübstrate 2 und 3 der molekularen Ausrichtung zur leichteren molekularen Ausrichtung des Flüssigkristalls 5 ausgesetzt.

Die Masseelektrode Lp^, die Treiberelektroden Lq^ und Lq2 sowie die Gegenelektrode L^ bestehen aus transparentem, leitendem Material, z.B. Zinn- oder Indiumoxid, und werden durch die üblichen Beschichtungs- und Ätzverfahren aufgebracht.

Vie aus Fig. 7 ersichtlich, ist die Masselektrode Lp>i mit einer Ausnehmung und mit zwei kammartigen Vorsprüngen Lp^a und Lp^b versehen, zwischen denen die beiden Treiberelektroden Lq^ und Lqp, die genauso breit sind, wie ein die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes bildender Punkt, dicht nebeneinander angeordnet sind. Die ausgesparte Elektrode Lo^ ist wie eine gemeinsame Elektrode geerdet, und die Treiberelektroden Lqi und Lq2 werden über Schalter S^ und S£ an eine nicht dargestellte äußere Stromquelle bzw. an einen Erdanschluß angeschlossen.

Die Gegenelektrode L_x,^ dient als Steuerelektrode und ist ebenfalls an die nicht dargestellte äußere Stromquelle angeschlossen.

Wenn die Treiber elektrode Lq^ durch den Schalter S^ geerdet worden ist, ist sie zusammen mit der Masseelektrode L^/i geerdet, so daß die Steuerspannung Vc zwischen Treiber- und Masseelektrode L^ bzw. Ij^ ^un(^ Gegenelektrode L^ angelegt wird. Das bewirkt, daß der Flüssigkristall 5 zwischen Treiberelektrode Lq^ und Gegenelektrode L^_x, sich gezwungenermaßen vertikal zu den Substraten 2 und 3 der Flüssigkristallzelle Ί orientiert. Wenn darüber hinaus die Treiber elektrode L_n^, an

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die Treiberstromquelle angeschlossen ist, wird die Treiberspannung Yd zwischen Treiberelektrode Lq^ und Masseelektrode I^-j und die Steuerspannung Vc zwischen Gegenelektrode L^ und Masseelektrode Lp/i angelegt, woraufhin sich der Flüssigkristall 5 zwischen der Treiberelektrode Lq^ und der Gegenelektrode Im^ in Richtung des zusammengesetzten elektrischen leides aus beiden Spannungen Yc und Yd orientiert, d.h. schräg zu den Substraten 2 und 3 der Flüssigkristallzelle 1.

Wird gleichzeitig die Treiberelektrode Lq2 über den Schalter So an den Erdanschluß bzw. die Treiberstromquelle angeschlossen, orientiert sich, wie bei der Treiber elektrode Lq^, der Flüssigkristall 5 zwischen Treibereiektrode Lq2 und Gegenelektrode Lyjy, gezwungenermaßen vertikal bzw. schräg zu den Substraten 2 und 3 der Flüssigkristallzelle 1 aus. Ferner sind die kammartigen Vorsprünge der Masseelektrode Ii2^ nicht, wie in Fig. 7 gezeigt, auf zwei Stück begrenzt, sondern können je nach Wunsch entsprechend der Größe der Flüssigkristallzelle 1 variieren. Die Anzahl der Treiber elektroden Lq^j und Lq2 ist ebenfalls nicht auf zwei begrenzt, sondern kann entsprechend der Abtastgeschwindigkeit eines Eingangssignales oder dergl. variiert werden.

Die Polarisatoren Po und An befinden sich vor und hinter der Flüssigkristallzelle 1, d.h. jeweils an der Lichteinfall- und der Lichtdurchtrittsseite, und schneiden die Polarisationsachsen in senkrechter Richtung zueinander. Der Polarisator An kann auch anstelle des Polarisators Po so angeordnet sein, daß seine Polarisationsachse parallel zur Treiberelektrode und zur Masseelektrode der Flüssigkristallzelle 1 verläuft.

Weist die erfindungsgemäße Vorrichtung somit vorn am Polarisator Po eine nicht dargestellte kleine Lampe mit einem WoI-fram-Leuchtkörper als Lichtquelle auf und enthält die Flüssigkristallvorrichtung ein Eingangssignal, werden die Treiberelektroden Lq^ und Lq2 jeweils an den Erdanschluß bzw. die Treiberstromquelle entsprechend einem ersten und einem zweiten Abtast-Eingangssignal angeschlossen. Daraufhin wird die Ti*ei~ berelektrode Lq^ bzw. Lq2 nach Anschluß an den Erdanschluß

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zusammen mit der Masseelektrode Lp^ geerdet, woraufhin die Steuerspannung Yc zwischen der Elektrode L_Q^ "bzw. Lq2 und der Gegenelektrode L^ angelegt wird. Dies bewirkt die vertikale Ausrichtung' des dazwischen befindlichen Flüssigkristalls 5 mit den Molekülen (in Richtung der z-Achse nach Fig. 6(B)) zu den Substraten der Flüssigkristallzelle 1, so daß das in Richtung der y-Achse des Polarisators Po, dessen Polarisationsachse in Richtung der y-Achse verläuft, polarisierte Licht nicht vom Flüssigkristall 5 absorbiert wird, sondern direkt durch die Flüssigkristallzelle Λ hindurchtritt. Das durchtretende Licht wird dabei vollständig vom Polarisator An absorbiert, dessen Polarisationsachse in Richtung der x-Achse verläuft und dadurch den Lichtdurchtritt unterbricht. Somit ist der "Aus"-Zustand für das durchtretende Licht geschaffen.

Selbst wenn der seitlich an der Elektrode angeordnete Flüssigkristall in Richtung der x-Achse aufgrund der festgesetzten Dicke jeder Elektrode der Flüssigkristallzelle 1 orientiert ist, kann nun, da die Orientierung senkrecht zur Polarisationsachse (in Richtung der y-Achse) des Polarisators Po verläuft, das durchtretende Licht in Richtung der y-Achse und durch den Polarisator Po vollständig vom Flüssigkristall (in Richtung der' x-Achse orientiert) seitlich der Elektrode absorbiert werden und tritt überhaupt nicht durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurch. Somit "bildet die Flüssigkristallvorrichtung auch seitlich jeder Elektrode der Flüssigkristallzelle Λ den vollständigen "Aus"-Zustand des durchtretenden Lichtes.

Ist die Treiberelektrode Lq^ bzw. L_Q2 an die Treiberstromquelle. angeschlossen, wird zwischen die Treiberelektrode LV^ bzw. Lqp und die Mas se elektrode Lo^j die Treiberspannung Vd und gleichzeitig die Steuerspannung Vc.zwischen die Gegenelektrode L,,,, und die Masseelektrode Lp^ angelegt, so daß sich der Flüssigkristall 5 zwischen Treiber elektrode Lq^ bzw. Lq^ und der Gegenelektrode L^^ schräg (in Richtung der zusammengesetzten Achse aus den z- und x-Achsen nach Fig. 6(B)) zu den

Substraten der ITlüssigkristallzelle 1 ausrichtet. Somit wird das in Richtung der y-Achse des Polarisators Po, dessen Polarisationsachse in Richtung der y-Achse verläuft, polarisierte Licht optisch rotiert und kann durch die Flüssigkristallzelle hindurchtreten, woraufhin das Licht den Polarisator An, dessen Polarisationsachse in Richtung der x-Achse verläuft, dire!:t durchlaufen kann. Dadurch ist der "Ein"-Zustand des durchtretenden Lichtes gebildet.

Selbst wenn der Flüssigkristall zwischen den Gegenelektroder, L^ und L2^ sich in die Richtung orientiert, welche den "Aus"-Zustand des durchtretenden Lichtes aufgrund stärkerer Arbeitsweise des elektrischen Feldes zwischen ihnen bildet, behindert die am Außenumfang eines die "Ein"-, "Aus"-Zustandr des durchtretenden Lichtes bildenden Punktes angeordnete Ma:.. 3 eelektrode Lp^ nicht den Durchtritt des Lichtes, was ein· η Lichtdurchtritt mit extrem hoher Intensität ermöglicht.

Daher kann eine Flüssigkristallvorrichtung gleichzeitig die "Ein"- und "Aus"-Zustände von zwei dme htr et end en Lichts ti" aiii en entsprechend zwei Abtast-Eingangssignalen schaffen, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Flüssigkristallvorrichtung verdoppelt werden kann. Selbst wenn dann das Abtast-Eingangssignal mit hoher Geschwindigkeit der Vorrichtung eingegeben wird, können die vollständigen "Ein"-, "Aus"-Zustände für das durchtretende Licht entsprechend der angelegten Eingangssignale gebildet werden. Dadurch kann die Flüssigkristallvorrichtung die Funktion als optoelektronischen Verschluß genügend demonstrieren.

Somit ist bei dieser dritten Ausführungsform die Flüssigkristallzelle zwischen zwei Polarisatoren angeordnet, deren PoIarisationsachsen sich senkrecht zueinander schneiden, so daß die Masseelektrode und die Treiberelektroden der Zelle zu einem der beiden Polarisatoren parallel verlaufen. Es sind auch mehrere Treiberelektröden dicht nebeneinander angeordnet, wodurch eine Flüssigkristallvorrichtung geschaffen wird, welche mit extrem hoher Geschwindigkeit reagiert und j

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die "Ein"- und "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes selbst im Hinblick auf eine mit extrem hoher Geschwindigkeit zugeführten Eingabe, -verglichen mit den bekannten Vorrichtungen der Art, bildet.

Wie aus den vorstehend beschriebenen Aus führ ungs formen und Meßergebnissen der Beispiele sowie der Vergleichsbeispiele zu entnehmen ist, kann durch diese Flüssigkristallvorrichtung, verglichen mit den bekannten Vorrichtungen, bei welcher die Flüssigkristallzelle zwischen zwei Polarisatoren angeordnet ist, deinen Polarisationsachsen sich senkrecht zueinander schneiden, so daß die interdigitalen Elektroden parallel zu einem der beiden Polarisatoren verlaufen, das Kontrastverhältnis der "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes erheblich verbessert und die Reaktionsgeschwindigkeit extrem erhöht werden.

Wie ferner aus der zweiten Ausführungsform zu ersehen ist, umfassen die interdigitalen Elektroden der Flüssigkristallzelle eine Masseelektrode mit einer Vielzahl von kammartigen Vorsprüngen und Treiber elektroden, welche zwischen diesen Vorsprüngen angeordnet sind und genaus breit sind, wie ein die "Ein"-, "Aus"-Zustände des Lichtes bildender Punkt, wodurch das Kontrastverhältnis noch weiter verbessert wird.

Wie außerdem aus der dritten Ausführungsform ersichtlich, sind die Masseelektrode und die Treiberelektroden parallel zu einem der beiden Polarisatoren und es sind mehrere Treiberelektroden dicht nebeneinander angeordnet. Dies ermöglicht, daß die Flüssigkristallvorrichtung mit extrem hoher Geschwindigkeit reagiert und die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes selbst im Hinblick auf eine mit extrem hoher Geschwindigkeit eingegebenen Eingabe gebildet werden können.

Patentanwälte

D'Pl.-Jng. E. Eder

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Claims

Patentanwälte Dip!.-Ing. E. Eder Dipl.-!ng. K. Schlcsohke 8 München 40, ii!i3:.:.ct;-s;r Co 34 Kyocera Corporation Kyoto/Japan und Takao KAVAMURA Osaka/Japan Plus sigkristallvorrichtung Patentansprüche

1. Flüssigkristallvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transparentsübstrat (2) mit interdigitaler Elektrode (L , Ii^) und ein Transparentsubstrat (3) mit einer Gegenelektrode (Lx]) dicht nebeneinander angeordnet sind, so daß beide Elektroden sich zwischen zwei Polarisatoren (Po, An) gegenüber liegen, deren Polarisations achsen sich '-senkrecht zueinander schneiden,und daß eine Flüssigkristallzelle (1) mit Flüssigkristall (5) vorgesehen ist, welcher zwischen den beiden Transparentsubstraten ein- j geführt wird. . · i

2. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die interdigitalen Elektroden (L , J^) COPY

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aus einer Elektrode mit einer Vielzahl von interdigitalen Bereichen und aus einer dazwischen angeordneten Elektrode bestehen, wobei diese Elektrode mit den interdigitalen Bereichen als Masseelektrode dient und wobei die Elektrode zwischen den interdigitalen Bereichen als Treiberelektrode dient.

3. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberelektrode genauso breit ist, wie ein die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes bildender Punkt.

4. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die interdigitale Elektrode einen Zwischenraum von 15 bis 25 Z/m zwischen den interdigitalen Bereichen der Masseelektrode sowie eine Elektrodenbreite von 10 bis 20μ m der Treiberelektrode aufweist.

5. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als optoelektronischer Verschluß dienen kann.

6. Flüssigkristallvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die interdigitale Elektrode eine Masseelektrode mit .einer Vielzahl von interdigitalen Bereichen sowie dazwischen angeordneten Elektroden aufweist, wobei jede der Elektroden die gleiche Breite wie ein die "Ein"-, "Aus"-Zustände des durchtretenden Lichtes bildender Punkt aufweist und wobei die Elektroden in mehreren Reihen angeordnet sind.

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