DE3741997C2 - Verfahren zur Ansteuerung einer STN Flüssigkristallzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer STN Flüssigkristallzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der STN Flüssigkristallzelle handelt es sich um eine Flüssigkristallzelle mit einer stark verdrillten nemati­ schen Flüssigkristallsubstanz, im Unterschied zu anderen (normal) verdrillten nematischen Flüssigkristallen, die in der verdrillten nematischen Betriebsart (TN = twisted nematic mode) betrieben werden.

Aus der JP 62-153 832 (A) ist eine Flüssigkristallzelle der eingangs genannten Art bekannt. Dabei besitzen beide Zellenteile jeweils zwei Substrate oder die Flüssigkristallzelle ist aus drei Substraten ausgebildet. Die Flüssigkristallzelle ist derart ansteuerbar, daß die Eigenfarben der STN-Flüssigkristallzelle umschaltbar sind.

Weiterhin ist aus der JP 53-121 352 (A) eine Doppelflüssigkristallzelle bekannt, bei der beide Zellen als TN-Zellen aufgebaut sind, wobei beide Zellen jeweils zwei Substrate aufweisen.

Eine bekannte STN Flüssigkristallzelle, die eine Anzeige nach dem Bistabilitätseffekt erzeugen soll und im Multiplex­ betrieb ansteuerbar sein soll, weist insbesondere eine Verdrillung des Flüssigkristalls in dem Zellenraum zwischen 180° und 360°, vorzugsweise etwa 270°, sowie ein definiertes Verhältnis zwischen Schichtdicke und Ganghöhe des Flüssig­ kristalls auf (EP 0 131 216 A3). Die Ganghöhe ist dabei eine Kenngröße der Verdrillung, die in dem nematischen Flüssigkristall durch Zugabe eines chiralen Zusatzes im ungestörten Zustand eingestellt wird. Als Polarisatoren dienen aus einer Folie bestehende Linearpolarisatoren, die auf den Außenseiten der transparenten Substrate bzw. der Träger­ platten für eine Transmissionsbetriebsart aufgeklebt sind. Der einem Betrachter abgewandte Polarisator kann dabei auch weggelassen werden, wodurch sich allerdings der Kontrast verringert. Die Funktionsweise dieser STN Flüssig­ kristallzelle in Transmission mit zwei Linearpolarisatoren besteht im einzelnen zunächst darin, daß der vordere, dem Betrachter zugewandte Linearpolarisator das durch ihn hin­ durchtretende Licht linear polarisiert, welches die Träger­ platte bzw. das transparente Substrat durchsetzt und unter einem Winkel auf den Flüssigkristall auftrifft, der durch eine Orientierungsschicht über der Elektrode an dieser Trägerplatte ausgerichtet ist. Je nach der zwischen den Elektroden anliegenden Spannung wird das zunächst linear polarisierte, in den Zellenraum eintretende Licht unter­ schiedlich elliptisch polarisiert. Dieses elliptisch polari­ sierte Licht kann, wenn es aus dem Flüssigkristall austritt, im hinteren Polarisator auf der anderen transparenten Substanz je nachdem fast vollständig oder praktisch nicht absorbiert werden, ob die Hauptachse des elliptisch polari­ sierten Lichts senkrecht oder parallel zu der Schwingungs­ richtung des hinteren Linearpolarisators orientiert ist. Die Flüssigkristallzelle wird durch Wahl von Winkeln zwischen Orientierungsschichten über den Elektroden auf beiden Substraten bzw. Trägerplatten und den auf diesen aufgebrachten Linearpolarisatoren so dimensioniert, daß ein optimaler Kontrast der Anzeige entsteht. - Eine solche STN Flüssigkristallzelle kann im nicht angesteuerten Zustand eine dunkelblaue Anzeige und im angesteuerten hellen Zustand eine weitgehend achromatische Anzeige aufweisen. Zusätzlich ist die Maßnahme bekannt, zur Änderung der Farbe der Anzeige zwischen dem vorderen Linearpolarisator und der vorderen Trägerplatte bzw. dem vorderen transparenten Substrat eine optische Verzögerungsplatte einzufügen. Mit dieser Ver­ zögerungsplatte, die insbesondere als λ/4-Platte ausge­ bildet sein kann, lassen sich jedoch weder Farbe noch Kontrast der Anzeige willkürlich umschalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine STN Flüssigkristallzelle der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß deren Eigenfarben umschaltbar sowie Mischfarben erzeugbar sind.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ge­ löst.

Mit einer solchen Doppelzelle bestehend aus einer STN Flüssigkristallzelle und einer weiteren Zelle, die in der TN-Betriebsart arbeitet, kann eine auch ortsabhängige willkürliche Umschaltung der Polarisations­ richtung des in den ersten Zellenraum der STN Flüssig­ kristallzelle eintretenden und durch diesen durchtretenden Lichts erfolgen, womit eine Farbumschaltung, eine-Positiv/ Negativ(kontrast-)umschaltung und eine zeitlich sequentielle Umschaltung ermöglicht sind. Damit kann der Anwendungs­ bereich der STN Flüssigkristallzelle wesentlich erweitert werden. Gleichwohl kann diese zur Doppelzelle erweiterte STN Flüssigkristallzelle verhältnismäßig kompakt sein und mit relativ geringem Zusatzaufwand herstellbar sein, da eine der beiden transparenten Substrate bzw. Trägerplatten dem ersten und dem zweiten Zellenraum gemeinsam zugeordnet sein können.

Insbesondere kann das in den ersten Zellenraum der STN Flüssigkristallzelle eintretende Licht, welches zuvor den zweiten Zellenraum passiert hat, wahlweise eine von zwei einstellbaren Polarisationsrichtungen aufweisen und damit bestimmen, ob die Anzeige der STN Flüssigkristallzelle in einer ersten Farbe oder deren Komplementärfarbe erscheinen soll. Analog dazu kann auch eine Farbumschaltung im ange­ steuerten Zustand der STN Flüssigkristallzelle erfolgen, wobei die beiden möglichen Farbzustände nicht unbedingt Komplementärfarben darstellen.

Ein Sonderfall dieser mit dem zweiten Zellenraum möglichen Farbumschaltung ist eine ebenso willkürlich wählbare Positiv/Negativ(kontrast-)umschaltung der Anzeige, die mit der STN Flüssigkristallzelle dargestellt wird. - Weiterhin ist mit der erfindungsgemäßen Doppelzelle auch eine sequentielle Umschaltung der Eigenfarben der STN Flüssig­ kristallzelle durch Änderung der Polarisationsrichtung des durch den zweiten Zellenraum einfallenden Lichts möglich, so daß wählbare Mischfarben im Auge des Betrachters der STN Flüssigkristallzelle erzeugt werden.

In vorteilhafter Weise können die an den zweiten Zellenraum angrenzenden Elektroden in Teilflächen strukturiert sein, die segmentweise getrennt ansteuerbar sind. Damit lassen sich gezielt Anzeigeteilbereiche der STN Flüssigkristall­ zelle hervorheben. Diese Teilflächen bzw. Segmente der an den zweiten Zellenraum angrenzenden Elektroden brauchen sich nicht unbedingt mit Segmenten oder Teilflächen der Elektroden zu decken, welche an den ersten Zellenraum der STN Flüssigkristallzelle angrenzen. Es ist so eine große Darstellungsvielfalt der Anzeige möglich, die bereits bei dem Entwurf der Doppelkristallzelle berücksichtigt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung auf eine schematisierte Ausführungsform einer Doppelzelle und

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Darstellungsseite einer Doppel­ zelle in stark vereinfachter Form.

In Fig. 1 ist eine Doppelzelle dargestellt, die aus einer STN Flüssigkristallzelle 1 sowie einer TN Flüssigkristall­ zelle 2 besteht. Zu der STN Flüssigkristallzelle 1 gehören zwei im Abstand zueinander parallel angeordnete transparente Substrate 3 und 4, die auch als Trägerplatten bezeichnet werden können und einen ersten Zellenraum 5 bilden, der mit stark verdrillter Flüssigkristallsubstanz gefüllt ist. Der Zellenraum ist in nicht dargestellter Weise rundherum ge­ schlossen. Auf den dem Zellenraum zugewandten Innenseiten der Substrate sind einerseits Elektroden 6, 7 und anderer­ seits 8 angebracht. Die Elektroden, insbesondere 6, 7, sind dabei so in Teilflächen strukturiert, daß diese alpha­ numerische Zeichen-, Symbol- oder Bildpunkt-(Pixel-)elemente darstellen. Die Elektrode 8 kann entsprechend ebenfalls aus Teilflächen bestehen, die getrennt ansteuerbar sind. Insbe­ sondere können die Elektroden 6, 7 bzw. 8 sich rechtwinklig (in Projektion) kreuzende Anordnungen bilden, wobei an jeder Kreuzungsstelle ein Bildpunkt liegt. Die einzelnen Teilbereiche der Elektroden sind dabei getrennt ansteuerbar, was durch die beiden Ansteuerspannungsquellen 9, 10 und die zugehörigen Schalter 11, 12 in Fig. 1 symbolisiert ist. Auf einer Außenseite 13 des transparenten Substrats 3 ist ein linearer Polarisator 14 aufgebracht. Es wird noch be­ merkt, daß über den Elektroden Orientierungsschichten auf­ getragen sein können, die in Fig. 1 nicht dargestellt sind und die in Verbindung mit einem Polarisator so eingestellt sein können, daß ein optimaler Kontrast erreicht wird.

Quasi ein schaltbarer Polarisator wird auf der dem festen linearen Polarisator 14 entgegengesetzten Seite des ersten Zellenraums durch die TN Flüssigkristallzelle 2 gebildet. Die TN Flüssigkristallzelle 2 hat mit der STN Flüssig­ kristallzelle das transparente Substrat 4 gemeinsam, welches in Verbindung mit einem im Abstand gegenüberliegenden weiteren transparenten Substrat 15 einen zweiten Zellenraum 16 einschließt, der hier jedoch nicht mit einer stark ver­ drillten, sondern normal verdrillten Flüssigkristall­ substanz zum Bilden der TN Zelle gefüllt ist. An den zweiten Zellenraum 16 grenzen eine Elektrode 17, die an dem Substrat 4 angeordnet ist, sowie Elektroden 18, 19, die auf dem Substrat 17 aufgebracht sind. Die Elektroden, insbesondere 18, 19, sind in Teilflächen strukturiert, die ähnlich aber auch unterschiedlich wie die Teilflächen der Elektroden 6, 7, 8 an dem ersten Zellenraum 5 geformt sein können. Die Elektroden 18 und 19 sind getrennt voneinander durch Ansteuerspannungsquellen 32, 33 und zugehörige Schalter 34, 20 ansteuerbar. Die TN Flüssigkristallzelle 2 wird vervollständigt durch einen linearen Polarisator 21, der auf einer Außenseite 22 des transparenten Substrats 15 angeordnet ist.

Die STN Flüssigkristallzelle 1 und die TN Flüssigkristall­ zelle 2 der Doppelzelle arbeiten für sich in konventioneller Weise, mit dem Unterschied, daß die STN Flüssigkristallzelle 1 nicht zwangsläufig mit Licht durchstrahlt wird, welches entsprechend der Anordnung des linearen Polarisators 21 in einer fest vorgegebenen Richtung linear polarisiert ist, vielmehr dringt in den ersten Zellenraum 5 der STN Flüssig­ kristallzelle Licht von der TN Flüssigkristallzelle 2 ein, welches entsprechend der Spannung zwischen den Elektroden 17, 18 bzw. 17, 19 an dem Zellenraum 16 und damit der Ver­ drillung des Flüssigkristalls zwischen diesen Elektroden polarisiert ist. In Fig. 1 ist angedeutet, daß Flüssig­ kristallmoleküle 23 in dem spannungslosen Teil des zweiten Zellenraums um ca. 90° verdrillt sind, während die Längs­ achsen der Moleküle 24 in dem unter der Ansteuerspannung 32 stehenden Teil des zweiten Zellenraums in Feldrichtung geklappt sind. Damit kann die STN Flüssigkristallzelle 1 in zwei Farbzuständen umgeschaltet werden, und zwar sowohl für den angesteuerten Teil des ersten Zellenraums unter der Elektrode 7 als auch für den nicht angesteuerten Teil unter der Elektrode 6. In beiden Teilen sind wiederum die Molekül­ längsachsen der Flüssigkristallmoleküle bei 25 und 26 ange­ deutete wobei die Verdrillung der Moleküllängsachsen in dem nicht angesteuerten Teil unter der Elektrode 6 des stark verdrillten Flüssigkristalls größer als 90° ist, und zwar zwischen 180 und 360° betragen kann.

Von den dargestellten Schaltern 11, 12, 34 und 20 werden also die Schalter 11 und 12 zur Zeichen- oder Symboldar­ stellung betätigt, während die Schalter 34 und 20 zur partiellen Farbumschaltung dienen.

In Fig. 2 ist angedeutet, wie ein Text 1 in einem ersten Anzeigeteilbereich 27 vor einer anderen Hintergrundfarbe erscheint als ein Text 2 in einem zweiten Anzeigeteilbereich 28. Wie oben in Verbindung mit Fig. 1 erläutert, geschieht dies dadurch, daß entsprechend den Anzeigebereichen be­ messene Elektroden (die deswegen in Fig. 2 nicht gesondert gekennzeichnet sind) an einer Ansteuerspannung 29 liegen oder aber nicht, was mit einem geschlossenen Schalter 30 an der Elektrode für den ersten Anzeigeteilbereich und einem geöffneten Schalter 31 an einer Elektrode für den zweiten Anzeigeteilbereich dargestellt ist. Speziell kann die Umschaltung der Schalter 30, 31 eine Positiv/Negativ(kon­ trast-)umschaltung bewirken, indem einmal der Text 1 hell vor dunklem Hintergrund erscheint und zum anderen der Text 2 dunkel vor hellem Hintergrund oder aber umgekehrt, wenn die Schalter 30 und 31 anders eingestellt sind.

Claims (3)

1. Verfahren zur Ansteuerung einer STN Flüssigkristallzelle mit zwei im Abstand zueinander angeordneten und zwischen sich einen mit stark verdrillter Flüssigkristallsubstanz gefüllten er­ sten Zellenraum bildenden transparenten Substraten, auf deren einander abgewandten Seiten Polarisatoren und auf deren einander zugewandten Seiten Elektroden aufgebracht sind, wobei einer der beiden Polarisatoren zumindest über einen Anzeigeteilbereich der STN Flüssigkristallzelle hin­ sichtlich seiner Polarisationsrichtung umschaltbar ist und der umschaltbare Polarisator aus einer zweiten Flüssigkristallzelle besteht, auf deren der STN Flüssigkristallzelle abgewandten Substrat ein Polarisator angeordnet ist, die zwischen ihren im Abstand zueinander angeordneten Substraten einen mit Flüssigkristallsubstanz gefüllten zweiten Zellenraum aufweist und auf ihren einander zugewandten Seiten mit Elektroden versehen ist, wobei die zweite
Flüssigkristallzelle (2) eine TN-Flüssigkristallzelle ist und mit einem der beiden Substrate (4) der STN-Flüssigkristallzelle aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Flüssigkristallzelle (2) derart sequentiell angesteuert wird, daß durch die jeweilige Wahl der Sequenz und damit der Ansteuerspannung eine als Mischfarbe von dem Auge des Betrachters er­ faßbare wählbare Farbe erzeugbar ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an den zweiten Zellenraum (16) angrenzenden Elektroden (17-19) in Teilflächen strukturiert sind, die segmentweise getrennt ansteuerbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine derartige Dimensionierung der zweiten Flüssig­ kristallzelle (2), daß mit ihr eine Positiv/Negativ­ umschaltung der Darstellung in der ersten Flüssig­ kristallzelle erfolgt.