DE3788869T2

DE3788869T2 - Flüssigkristallanzeige mit in serie geschaltetem kondensator.

Info

Publication number: DE3788869T2
Application number: DE3788869T
Authority: DE
Inventors: James Fergason; Manoochehr Mohebban
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1986-07-22
Filing date: 1987-07-22
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2007-07-23
Also published as: EP0277192B1; EP0277192A4; EP0277192A1; WO1988000719A1; KR880701898A; DE3788869D1; JPH01500465A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeige und auf ein Verfahren zum Schützen einer Flüssigkristallanzeige gegen eine Überspannung.
Flüssigkristallanzeigen (LCDs) sind allgemein bekannt und erfreuen uns sich eines enormen wirtschaftlichen Erfolgs. Sie basieren auf der Fähigkeit von Flüssigkristallmaterialien, ihren optischen Zustand zu verändern (d. h. "einzuschalten"), und zwar in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung, die eine Schwellenspannung übersteigt, was zu einer gut erkennbaren Veränderung des Aussehens der Anzeige führt. Zum Beispiel kann die Anzeige unterhalb der Schwellenspannung opak und oberhalb der Schwellenspannung transparent erscheinen oder umgekehrt. Alternativ hierzu kann die Anzeige beim Überschreiten der Schwellenspannung ihre Farbe wechseln. Die Vorbereitung und Nutzung von Flüssigkristallanzeigen wird erörtert von Bahadur in Mol. Cryst. Lig. Cryst. 109, 3 (1984).
Bei Erhöhung der Spannung über einer Flüssigkristallanzeige übersteigt diese an einem gewissen Punkt die dielektrische Stehspannung des Flüssigkristalls oder einer anderen Materialkomponente der Anzeige, was zum Versagen oder zur Zerstörung der Flüssigkristallanzeige führt. Im folgenden wird diese Spannung als Stehspannung Vw einer Flüssigkristallanzeige bezeichnet, und eine Spannung über der Stehspannung wird als Überspannung bezeichnet. Zum Beispiel kann eine Flüssigkristallanzeige einer Überspannung ausgesetzt werden, weil sie unbeabsichtigterweise direkt mit einem System verbunden wird, das eine Spannung über der Spannung Vw führt, oder weil ein System, mit dem die Flüssigkristallanzeige beabsichtigterweise verbunden ist, einen unerwarteten Stromstoß erfährt.
Für bestimmte Anwendungen von Flüssigkristallanzeigen, wie z. B. bei batteriebetriebenen Uhren, wird die Flüssigkristallanzeige in Niederspannungsschaltungen verwendet, d. h. Schaltungen deutlich unterhalb der Stehspannung. Es wurde vorgeschlagen, Flüssigkristallanzeigen in Situationen zu verwenden, in denen die zur Verfügung stehenden Stromversorgungen Spannungen im wesentlichen über der Stehspannung der Flüssigkristallanzeige aufweisen. Die DE 3 308 972-A1 (Heverhagen et al.) offenbart eine Vorrichtung zum Anzeigen des Betriebszustands einer Sicherung. Eine Flüssigkristallanzeige mit einem in Reihe geschalteten Kondensator ist elektrisch parallel zu der zu überwachenden Sicherung geschaltet. Beide Anschlußleitungen können ohmisch verbunden sein, oder die eine kann kapazitiv angeschlossen sein, während die andere ohmisch verbunden ist. Auf diese Weise wird die Flüssigkristallanzeige mit dem erforderlichen Mindestbetriebsstrom für eine nahezu energiefreie Detektion der Versorgungsspannungen versorgt. Die DE 3 219 703-A1 (Kehr) offenbart einen elektrischen Verbinder für Kabel für mittlere und hohe Spannung, wobei ein Flüssigkristallmonitor an dem Verbinder eine kontinuierliche Ablesung des Ein-/Aus-Zustands des Kabels schafft. Der Monitor ist über eine Spannungsreduzierschaltung mit den stromführenden Teilen des Kabels verbunden, das geerdet ist. Die DE 3 402 655-A1 (Goehlich) offenbart eine Vorrichtung zum Anzeigen des Zustands einer Hochspannungsanlage. Diese Vorrichtung, die eine Flüssigkristallanzeige aufweist, ist mit der Anlage durch eine einpolige Verbindungsleitung elektrisch verbunden und kapazitiv mit Erde verbunden. Die Reihenschaltung von Flüssigkristallanzeigen ist in der US-A-4 529 968 beschrieben, und ein in Reihe geschalteter Kondensator mit geringerer Kapazität als die Flüssigkristallanzeige ist in der US-A-3 725 899 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Vorrichtung, die folgendes aufweist:
(a) eine Flüssigkristallanzeige, die einen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist und die eine Kapazität C&sub1; unter ihrer Schwellenspannung und eine Kapazität C&sub2; über ihrer Sättigungsspannung hat, und
(b) einen Kondensator, der mit der Flüssigkristallanzeige in Reihe geschaltet ist und eine im wesentlichen konstante Kapazität C&sub0; hat, die die folgende Ungleichung erfüllt:
C&sub1; < C&sub0; < C&sub2; (8).
Der Flüssigkristall ist vorzugsweise ein eingekapselter nematischer Flüssigkristall.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung vorgesehen, die folgendes aufweist:
(a) eine in Reihe geschaltete Anordnung von Flüssigkristallanzeigen der unmittelbar zuvor beschriebenen Art, und
(b) einen Kondensator, der eine im wesentlichen konstante Kapazität C&sub0; hat und mit einer Flüssigkristallanzeige an einem Endpunkt der Anordnung in Reihe geschaltet ist, so daß
C&sub1;/n < C&sub0; < C&sub2;/n gilt,
wobei n die Anzahl von Anzeigen in der Anordnung ist und C&sub1; und C&sub2; in der vorstehend definierten Weise ausgebildet sind.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, die folgendes aufweist:
(a) eine Flüssigkristallanzeige der unmittelbar zuvor definierten Art;
(b) einen Kondensator in Reihenschaltung mit der Flüssigkristallanzeige; und
(c) eine Einrichtung, um eine Spannung, die geringer als die Stehspannung der Flüssigkristallanzeige ist, an die Kombination aus der Flüssigkristallanzeige und dem Kondensator anzulegen,
wobei der Kondensator eine im wesentlichen konstante Kapazität hat und die Kapazität zwischen C&sub1; und C&sub2; liegt und C&sub1; und C&sub2; in der vorstehend definierten Weise ausgebildet sind. Die Schaltung kann zusätzliche Flüssigkristallanzeigen aufweisen. Bei der Einrichtung kann es sich um eine Stromquelle mit einer Ausgangsspannung handeln, die geringer als die Stehspannung der Flüssigkristallanzeige ist, oder es kann sich um eine Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung, die größer als die Stehspannung der Flüssigkristallanzeige ist, in Kombination mit einer Spannungsreduziereinrichtung handeln. Die Spannungsreduziereinrichtung kann ein Kondensator sein.
Fig. 1a und 1b zeigen in schematischer Weise, wie bei einer Flüssigkristallanzeige eine aufgeprägte Spannung eine Neuausrichtung von Flüssigkristallmolekülen hervorrufen kann.
Fig. 2 zeigt in allgemeiner Weise, wie die Kapazität einer Flüssigkristallanzeige, die mit einem Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie hergestellt ist, entsprechend der angelegten Spannung variiert.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Anordnung von Flüssigkristallanzeigen zur Erzeugung eines größeren Musters vorgesehen ist.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Flüssigkristallanzeigen als Anzeigeelemente einer Analogspannungsanzeige wirken.
Fig. 5 zeigt eine laminare Flüssigkristallanzeigenkonstruktion, die eingekapselte Flüssigkristalle verwendet.
Fig. 6 zeigt eine laminare Konstruktion unter Verwendung von Flüssigkristallen, wobei mehrere Flüssigkristallanzeigen zur Bildung einer Reihenschaltungs-Anordnung in Reihe geschaltet sind.
Eine Einschränkung bei der Verwendung einer Spannungsreduzierschaltung zum Reduzieren einer Leitungsspannung, die eine Flüssigkristallanzeige erreicht, besteht darin, daß sich gleichzeitig die zum Einschalten der Flüssigkristallanzeige erforderliche Leitungsspannung beträchtlich erhöht. Man betrachte eine Flüssigkristallanzeige mit beispielsweise einer Schwellenspannung von 10 V und eine Stehspannung von 200 V. Verbindet man diese derart mit einer Spannungsreduzierschaltung, daß die ihr zugeführte Leitungsspannung halbiert ist, wird die Flüssigkristallanzeige nur dann der Schwellenspannung ausgesetzt, wenn die Leitungsspannung wenigstens 20 V beträgt. D.h., die effektive Schwellenspannung ist verdoppelt worden, und die Flüssigkristallanzeige ist weniger empfindlich als zuvor. Gleichzeitig erfolgt - bei verdoppelter effektiver Stehspannung - kein Versagen der Flüssigkristallanzeige, bis die Leitungsspannung 400 V erreicht. Wenn die Spannungsreduzierschaltung die Leitungsspannung nur um ein Drittel reduziert, wird die Flüssigkristallanzeige solange nicht ihrer Schwellenspannung ausgesetzt, bis die Leitungsspannung 15 V beträgt
- d. h., die effektive Schwellenspannung ist nicht so stark wie im vorausgehenden Fall erhöht worden. Doch nun erreicht die Spannung über der Flüssigkristallanzeige 200 V, wenn die Leitungsspannung nur 300 V beträgt - d. h., das Niveau des Überspannungsschutzes ist vermindert worden. Es gibt daher einen Kompromiß zwischen der effektiven Schwellenspannung und dem Ausmaß des Überspannungsschutzes, und es ist wünschenswert, den Überspannungsschutz unter Minimierung der resultierenden Erhöhung der effektiven Schwellenspannung zu maximieren.
Bei Flüssigkristallen handelt es sich typischerweise um Moleküle länglicher Gestalt, die die Tendenz haben, sich mit ihren molekularen Längsachsen parallel zueinander auszurichten bzw. zu orientieren. Diese Ausrichtung führt dazu, daß Flüssigkristalle anisotrop sind, was bedeutet, daß ihre physikalischen, optischen und andere Eigenschaften bei Messung parallel sowie senkrecht zur Richtung der Ausrichtung nicht die gleichen sind. Die Ausrichtungs- Richtung läßt sich durch irgendeine äußere Kraft, zum Beispiel eine angelegte Spannung, recht leicht beeinflussen. Die Fig. 1a und 1b zeigen in allgemeiner Weise, wie Flüssigkristallanzeigen von diesen Eigenschaften Gebrauch machen. Die Flüssigkristallanzeige 1 besitzt einen Flüssigkristall 2 zwischen Elektroden 3 und 4 und ist an eine Spannungsquelle 5 angeschlossen. Ein Schalter 6 ist geöffnet, so daß die Flüssigkristallanzeige 1 in ihrem "Aus"-Zustand ist. Der Flüssigkristall 2 ist in der Darstellung mit seinen Molekül-Längsachsen parallel zu der Ebene der Elektroden ausgerichtet, wie dies bei Flüssigkristallanzeigen des "verdrehten nematischen" Typs der Fall wäre, obwohl auch andere Ausrichtungen einschließlich einer Zufallsausrichtung in Abhängigkeit von dem speziellen Typ und der speziellen Konstruktion der Flüssigkristallanzeige möglich sind. Die Spannungsquelle 5 ist als Gleichstromquelle dargestellt, wobei jedoch auch eine Wechselstromquelle verwendet werden kann.
In Fig. 1b sind dieselbe Vorrichtung und Schaltung gezeigt, wobei jedoch der Schalter 6 geschlossen ist. Die der Flüssigkristallanzeige 1 durch die Spannungsquelle 5 aufgeprägte Spannung reicht aus, um eine neue Ausrichtung der Moleküle des Kristalls 2 mit ihren Längsachsen senkrecht zu der Ebene der Elektroden 3 und 4 zu verursachen. Aufgrund dieser Anisotropie erscheint der Flüssigkristall 2 anders bei Betrachtung senkrecht (Fig. 1a) und parallel (Fig. 1b) zu der Längsachse, so daß ein Betrachter leicht erkennen kann, ob die Flüssigkristallanzeige 1 "Aus" oder "Ein" ist. Der Flüssigkristall 2 kann zum Beispiel im "Aus "-Zustand opak und im "Ein"-Zustand transparent erscheinen, oder umgekehrt.
Ein Flüssigkristall kann auch Anisotropie in seiner Dielektrizitätskonstanten zeigen. In diesem Fall wird die Dielektrizitätskonstante eines Flüssigkristalls genauer durch zwei Werte, e&sub1; und e&sub2;, dargestellt, wobei e&sub1; der Wert parallel zu der Längsachse ist. Flüssigkristalle, bei denen e&sub2; größer als e&sub1; ist, werden als Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie bezeichnet; zu diesen gehören die im Handel als E7 bezeichneten Flüssigkristalle, die von British Drug House geliefert werden, sowie Benzoesäureestere, und zwar insbesondere diejenigen mit einem 4-Cyanphenyl-Anteil. Repräsentative spezielle Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie sind in der US-4 591 233 (Fergason) zu finden.
Vorzugsweise ist C&sub0; unter allen angelegten Spannungen im wesentlichen konstant. Die Konstruktion des Kondensators ist nicht von kritischer Bedeutung. Bei dessen dielektrischem Material kann es sich um Luft, Öl, Papier, ein Vakuum, Schwefelhexafluorid, Aluminiumoxid, Keramikmaterial usw. handeln.
Der Vorteil beim Auswählen von C&sub0; gemäß Ungleichung (8) läßt sich unter Bezugnahme auf den folgenden speziellen Fall veranschaulichen. Angenommen sei eine Flüssigkristallanzeige, bei der C&sub1; gleich 10 pF, C&sub2; gleich 30 pF, Vt gleich 10 V und Vw gleich 200 V sind. Die Tabelle I zeigt, was passiert, wenn diese Flüssigkristallanzeige mit einem Kondensator in Reihe geschaltet wird, der eine Kapazität C&sub0; von 2, 20 oder 60 pF hat, wobei die erste und die letzte Kapazität außerhalb des durch die Ungleichung (8) angegebenen Bereichs liegen. Tabelle I Kapazität Leitungsspannung, bei der die Flüssigkristallanzeige Vt erreicht Leitungsspannung, bei der die Flüssigkristallanzeige Vw erreicht
Bei dem 2-pF-Kondensator besteht ein beträchtlicher Schutz gegen eine Überspannung, jedoch besitzt die Flüssigkristallanzeige eine sehr geringe Sensibilität: sie schaltet erst dann ein, wenn die Leitungsspannung 60 V erreicht. Bei dem 60-pF-Kondensator hat die Flüssigkristallanzeige eine recht hohe Sensibilität, indem sie bei einer Leitungsspannung von 11,7 V einschaltet - was nicht viel über der normalen Schwellenspannung von 10 V liegt -, doch ist nur ein minimaler Überspannungsschutz vorhanden. Bei dem 20-pF-Kondensator hat die Flüssigkristallanzeige immer noch eine recht gute Sensibilität und schaltet bei einer Leitungsspannung von 15 V ein, erfreut sich jedoch gleichzeitig eines beträchtlichen Überspannungsschutzes.
Es ist auch darauf hinzuweisen, daß im Bereich von C&sub1; bis C&sub2; der Ungleichung (8) Co derart ausgewählt werden kann, daß sich eine Feinabstimmung des gewünschten Gleichgewichts zwischen Sensibilität und Überspannungsschutz ergibt. Die Auswahl von C&sub0; näher bei C&sub1; betont den Überspannungsschutz etwas stärker, während die Auswahl von C&sub0; näher bei C&sub2; die Vorrichtungs-Sensibilität etwas stärker betont.
Die vorliegende Erfindung läßt sich bei Flüssigkristallanzeigen durchführen, die aus einem beliebigen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie hergestellt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Flüssigkristallanzeige um eine des allgemein als "verdreht nematisch" bekannten Typs, dessen Vorbereitung und Eigenschaften in der vorstehend genannten Schrift von Bahadur erörtert sind. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Flüssigkristallanzeige aus eingekapselten Flüssigkristallen gebildet, wobei es sich um Flüssigkristalle handelt, die in einem Einschluß- oder Einkapselungsmittel bzw. -material eingeschlossen sind. Eingekapselte Flüssigkristalle lassen sich herstellen durch Mischen derselben mit einem Einkapselungsmittel, in dem sie sich nicht auflösen und das die Bildung einzelner Kapseln von Flüssigkristallen in dem Einkapselungsmittel ermöglicht. Für sichtbare Farbeffekte kann ein pleochroitischer Farbstoff zugegeben werden. Ein bevorzugtes Einkapselungsmittel ist Polyvinylalkohol. Die Vorbereitung eingekapselter Flüssigkristalle sowie von daraus gebildeten Vorrichtungen, die zur Ausführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, ist in der US-4 435 047 (Fergason) und der US-4 591 233 (Fergason) beschrieben.
Es ist in der Technik allgemein bekannt, daß es sich bei Flüssigkristallen in Flüssigkristallanzeigen nicht um einzelne oder reine Massen bzw. Verbindungen zu handeln braucht, sondern diese auch Mischungen sein können. Zum Beispiel können Flüssigkristalle zur Erzielung eines speziellen Temperaturbereichs der flüssigen Kristallinität oder eines speziellen Ausmaßes dielektrischer Anisotropie gemischt werden. In der vorliegenden Beschreibung umfaßt der Begriff "Flüssigkristall" oder "Flüssigkristallmaterial" einzelne Flüssigkristallmassen bzw. -verbindungen, Mischungen aus Flüssigkristallen sowie eingekapselte Flüssigkristalle.
Die Durchführung der vorliegenden Erfindung ist nicht darauf begrenzt, den Kondensator mit einer einzigen Flüssigkristallanzeige mit positiver dielektrischen Anisotropie zu verbinden. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel 7, bei dem ein Kondensator 8 mit einem Kapazität C&sub0; mit der ersten von 29 in Reihe geschalteten Flüssigkristallanzeigen 9 mit positiver dielektrischer Anisotropie verbunden ist, wobei jede Flüssigkristallanzeige die gleiche Kapazität C&sub1; und C&sub2; unter Vt bzw. über V&sub2; hat und die Flüssigkristallanzeigen in einer Anordnung zur Bildung der Ziffer Eins angeordnet sind. (Aus Gründen der Vereinfachung ist nicht jede der Flüssigkristallanzeigen 9 in der Zeichnung mit einem Bezugszeichen versehen.)
Bei Verwendung von mehreren Flüssigkristallanzeigen kann die Vorrichtung eine Anordnung mit einer Vielzahl von Flüssigkristallelementen aufweisen, wobei ein erstes Flüssigkristallelement im nicht-erregten Zustand eine Kapazität, die niedriger ist als die Kapazität aller anderen Flüssigkristallelemente, besitzt und ein Flüssigkristallmaterial mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist, so daß das Flüssigkristallelement im erregten Zustand eine Kapazität hat, die höher ist als seine Kapazität im nicht-erregten Zustand; und wobei ein zweites Flüssigkristallelement mit dem ersten Flüssigkristallelement in Reihe geschaltet ist und das zweite Flüssigkristallelement im nicht-erregten Zustand eine Kapazität hat, die niedriger ist als die Kapazität des ersten Flüssigkristallelements in seinem erregten Zustand. Vorzugsweise hat jedes der Flüssigkristallelemente eine positive dielektrische Anisotropie. Bei einer solchen Anordnung können die Flüssigkristallelemente im wesentlichen dieselbe Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen. Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels ist in der gleichzeitig eingereichten und dem Anmelder mitübertragenen PCT- Anmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 88/00717 offenbart, deren Offenbarung durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird.
Ein derartige Konstruktion bietet eine Reihe von Vorteilen. Obwohl die einzelnen Flüssigkristallanzeigen relativ klein sind, ergibt sich als Gesamteindruck der Eindruck einer großen Anzeige. Eine einzelne große Flüssigkristallanzeige ist schwer herzustellen und, wenn sie denn hergestellt ist, entnimmt sie einen relativ hohen Strom oder benötigt eine relativ lange Zeit zum Einschalten aufgrund ihres relativ hohen Leckstroms bzw. ihrer relativ hohen Zeitkonstante zum Aufbauen der erforderlichen Vt über den Elektroden. Bei der Konstruktion der Fig. 3 wird diese Einschränkung vermieden. Die Flüssigkristallanzeigen sind elektrisch äquivalent mit n Kondensatoren, die in Reihe geschaltet sind (wobei n in diesem Fall 29 beträgt), wobei die Gesamtkapazität C&sub1;/n unter der Schwellenspannung und C&sub2;/n über der Sättigungsspannung beträgt. Die Gesamtkapazität ist viel geringer als die Kapazität der einzelnen Flüssigkristallanzeigen und sehr, sehr viel niedriger als die Kapazität einer einzelnen Flüssigkristallanzeige mit einer der Anordnung vergleichbaren Größe. Wie vorstehend erwähnt wurde, kann C&sub0; zur Hervorhebung der Flüssigkristallanzeigen-Sensibilität oder zur Steigerung des Überspannungsschutzes ausgewählt werden. Zur Steigerung der Sensibilität ist es somit wünschenswert, daß
C&sub1;/n < C&sub0; (10)
ist, während es zur Hervorhebung des Überspannungsschutzes wünschenswert ist, daß
C&sub0; < C&sub2;/n (11)
ist.
In noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Analog-Voltmeter vorgesehen. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu sehen ist, besitzt das Analog-Voltmeter 10 Untereinheiten 11, 12, 13 und 14, die zueinander parallel geschaltet sind. Jede Untereinheit besitzt wiederum wenigstens eine mit einem Kondensator 16 in Reihe geschaltete Flüssigkristallanzeige 15. In den Untereinheiten 12, 13 und 14, die mehr als eine Flüssigkristallanzeige 15 aufweisen, sind letztere miteinander in Reihe geschaltet. Jede Flüssigkristallanzeige 15 ist aus einem Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie hergestellt. Zur Vereinfachung der Darstellung hat jede Flüssigkristallanzeige 15 die gleiche Kapazität C&sub1; unter der Schwellenspannung Vt und die gleiche Kapazität C&sub2; über der Sättigungsspannung Vs, und jeder der Kondensatoren 16 hat die gleiche Kapazität C&sub0;. Wenn das Voltmeter 10 mit einer Spannung V beaufschlagt wird, schafft es eine Analog-Ablesung von V. Es ist bekannt, daß bei n in Reihe geschalteten Kondensatoren mit der gleichen Kapazität eine Gesamtspannung gleichmäßig auf diese verteilt ist, so daß jede 1/n-tel des Gesamtwerts trägt. Alle der Flüssigkristallanzeigen 15 in einer gegebenen Untereinheit schalten somit bei einer Leitungsspannung V ein, die sich durch die Gleichung (12) ergibt:
V = nVt + V&sub0; (12),
wobei n die Anzahl der Flüssigkristallanzeigen 15 in dieser Untereinheit ist und V&sub0; die auf den Kondensator 16 verteilte Spannung ist. Wenn die Spannung über jeder Flüssigkristallanzeige 15 gleich Vt ist, gilt Gleichung (13):
V&sub0;C&sub0; = C&sub1;Vt (13).
Bei Kombination der Gleichungen (12) und (13) erhält man folgende Gleichung (14):
V = Vt(n + C&sub1;/C&sub0;) (14).
Wenn zum Beispiel Vt gleich 10 V ist und die Untereinheit 11 bei V = 15 V einschaltet, schalten die Untereinheiten 12, 13 und 14 somit bei V = 25, 35 bzw. 45 V ein. Der Sichtbereich des Voltmeters 10 kann wahlweise maskiert sein, wie dies durch den gestrichelt gezeichneten Kasten 17 angedeutet ist, so daß nur die innerhalb desselben befindlichen Flüssigkristallanzeigen sichtbar sind, so daß sich der Effekt einer Ablesung in Form einer einzigen Zeile ergibt. Für den Fachmann ist klar, daß auch andere Konstruktionen und Kombinationen neben der speziell in Fig. 4 gezeigten möglich sind. Falls erwünscht, braucht zum Beispiel die Zunahme bei der Anzahl der Untereinheiten n von den Untereinheiten 11 bis 14 nicht in der dargestellten arithmetischen Reihenfolge zu erfolgen, sondern sie kann auch geometrisch oder in einer anderen Reihenfolge erfolgen. Alternativ hierzu brauchen die Kapazitäten C&sub1;, C&sub2; und C&sub0; nicht für jede Flüssigkristallanzeige bzw. jeden Kondensator gleich zu sein.
Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Flüssigkristallanzeige vor einem Stromstoß in der Leitungsspannung geschützt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die normale Leitungsspannung niedriger als die Stehspannung der Flüssigkristallanzeige, wobei sie jedoch anfällig für Stromstöße ist, die sie über die Stehspannung hinausführen können. Eine Flüssigkristallanzeige mit Kapazitäten C&sub1; und C&sub2;, wie sie vorstehend definiert wurden, ist mit einem Kondensator und einer Einrichtung zum Anlegen einer Spannung von weniger als Vw an die Kombination aus Flüssigkristallanzeige und Kondensator in Reihe geschaltet. Der Kondensator besitzt eine feste Kapazität C&sub0;, die größer als C&sub1;, jedoch niedriger als C&sub2; ist.
Flüssigkristallanzeigen, die zur Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet sind, besitzen vorteilhafterweise eine laminare Konstruktion, die von einem eingekapselten Flüssigkristall Gebrauch macht. Fig. 5 zeigt ein solches Laminat 18 im Querschnitt. Das Laminat umfaßt zwei transparente Trägermaterialien 19 und 20, die auf ihren jeweiligen innenliegenden Flächen einander gegenüberliegende Elektroden 21 und 22 aufweisen. Ein eingekapselter Flüssigkristall 23 befindet sich zwischen den Trägermaterialien 19 und 20 und den Elektroden 21 und 22, so daß eine Flüssigkristallanzeige 24 gebildet wird. Die Grenzen der Flüssigkristallanzeige 24 sind durch die Überlappung der Elektroden 21 und 22 definiert. Die Linien 25-25' und 26-26' sind zur Verdeutlichung dieser Grenzen eingezeichnet.
Diese laminierte Konstruktion ist besonders vorteilhaft für die Bildung einer Anordnung von miteinander in Reihe geschalteten Flüssigkristallanzeigen, wie sie z. B. in Fig. 3 gezeigt ist. Fig. 6 zeigt eine solche Konstruktion 27 im Querschnitt. Zwei Trägermaterialien 28 und 29 besitzen auf ihren Innenflächen aufgebrachte Elektroden 30a bis 30d. Eingekapseltes Flüssigkristallmaterial 31 befindet sich zwischen den Trägermaterialien 28 und 29 und den Elektroden 30a bis 30d, so daß Flüssigkristallanzeigen 32a bis 32c gebildet werden. Der Überlappungsbereich der Elektroden 30a und 30b bildet eine Flüssigkristallanzeige 32a, der Überlappungsbereich der Elektroden 30b und 30c bildet eine Flüssigkristallanzeige 32b, und der Überlappungsbereich der Elektroden 30c und 30d bildet eine Flüssigkristallanzeige 32c. Die Linien 33-33', 34-34', 35-35', 36- 36', 37-37' und 38-38' sind zur Verdeutlichung der Flüssigkristallanzeigen 32a bis 32c eingezeichnet. Aufgrund dieser seriellen Überlappung der Elektroden sind die Flüssigkristallanzeigen 32a bis 32c in Reihe geschaltet, wobei der überlappungsfreie Bereich jeder Elektrode die elektrische Verbindung zwischen benachbarten Flüssigkristallanzeigen bildet. Zum Beispiel verbindet derjenige Bereich der Elektrode 30b, der weder die Elektrode 30a noch die Elektrode 30c überlappt, die Flüssigkristallanzeigen 32a und 32b. Die Flüssigkristallanzeige 32a ist also mit der Flüssigkristallanzeige 32b in Reihe geschaltet, die wiederum mit der Flüssigkristallanzeige 32c in Reihe geschaltet ist.
Eine Flüssigkristallanzeige laminarer Konstruktion läßt sich in einfacher Weise wie folgt herstellen. Es wird eine Zeichnung von den gewünschten Elektrodenmustern angefertigt. Unter Verwendung herkömmlicher Fotoresist-Techniken wird jede Zeichnung auf ein Flachmaterialstück aus transparentem Trägermaterial, wie zum Beispiel Poly(Ethylenterephthalat) (Mylar) oder Polyamid, übertragen, das auf einer Seite mit einem Elektrodenmaterial, wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO), beschichtet worden ist. Das überschüssige und unerwünschte Indiumzinnoxid wird entfernt, so daß auf jedem Flachmaterialstück des Trägermaterials ein Muster aus Indiumzinnoxid-Elektroden übrigbleibt. Eines der Flachmaterialstücke wird zum Beispiel durch eine Rakelaufstreichtechnik auf der Leiterseite mit Flüssigkristallmaterial beschichtet, zum Beispiel mit E63 von British Drug House oder mit Merck 1840, wobei dieses Material mit einem Einkapselungsmittel gemischt ist, bei dem es sich vorzugsweise um Polyvinylalkohol handelt. Die klebrige Schicht aus der Mischung Flüssigkristall/Einkapselungsmittel läßt man trocknen. Das andere Flachmaterialstück wird mit der Leiterseite dem Flüssigkristallmaterial zugewandt über der eingekapselten Flüssigkristallschicht plaziert, wobei sicherzustellen ist, daß die Leitermuster exakt miteinander ausgerichtet sind. Die Flachmaterialstücke werden dann durch Erwärmung in einem Ofen zusammenlaminiert, um dadurch eine laminierte Konstruktion mit einer Anzahl von miteinander in Reihe geschalteten Flüssigkristallanzeigen zu bilden.
Das nachfolgende Beispiel der Erfindung soll der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung derselben dienen.

Beispiel

Ein eingekapselter Flüssigkristall mit hoher Impedanz wurde gebildet durch Mischen von 2 g Biphenyl enthaltendem nematischen Flüssigkristall (E63 von British Drug House, einer Tochtergesellschaft von E. Merck in der BRD) mit 4 g einer 22-prozentigen wässrigen Lösung aus Poly-(Vinylalkohol) (Vinol 203 von der Air Products Corp., das in der nachfolgend beschriebenen Weise gereinigt wurde). Die Mischung wurde in einer kleinen Homogenisiervorrichtung bei geringer Scherung emulgiert.
Die Emulsion wurde mittels einer Rakel mit einer Einstellung von 3 Mil auf eine Polyesterfolie (Mylar) mit einer darauf befindlichen Indiumzinnoxid- (Intrex-) Elektrodenschicht aufgebracht. Die Emulsion ließ man dann bei Raumtemperatur an der Luft trocknen. Eine zweite Polyesterfolie, ebenfalls mit einer Indiumzinnoxid-Elektrode, wurde auf der Emulsionsseite der ersten Polyesterschicht plaziert, wobei auf eine exakte Ausrichtung der Elektroden geachtet wurde. Die Polyesterschichten wurden dadurch zusammenlaminiert, daß das Schichtgebilde durch Warmwalzen (ca. 90ºC) hindurchgeführt und in einem Ofen bei einer Temperatur von ca. 90ºC für ca. 3 bis 4 h erwärmt wurde. Die Dicke der eingekapselten Flüssigkristallschicht betrug ca. 10 um. Die nematischen Flüssigkristallteilchen hatten einen Durchmesser von ca. 3 bis 4 um.
Aus dem Laminat wurde eine Flüssigkristallanzeige mit einer Querschnittsfläche von ca. 1 cm² gebildet. Diese streute Licht in einem feldfreien oder feldlosen Zustand. Sie hatte eine Schwellenspannung von ca. 7 V und eine Sättigungsspannung von ca. 35 V. Ihr Widerstand betrug 3 · 10¹² Ohm-cm, basierend auf einer Dielektrizitätskonstante von 12 und unter Verwendung ballistischer Messungen der Abfallzeit. Die Flüssigkristallanzeige besaß eine Kapazität von ca. 1000 pF bei 1 V (wobei es sich um eine Spannung unter der Schwellenspannung handelt) und eine Kapazität von ca. 2000 pF bei 40 V (wobei es sich um eine Spannung über der Sättigungsspannung handelt).
Die Flüssigkristallanzeige wurde mit einem Kondensator mit einer Kapazität von 1500 pF in Reihe geschaltet. Bei dieser Kombination besaß die Flüssigkristallanzeige eine effektive Schwellenspannung von ca. 10 V und eine effektive Sättigungsspannung von ca. 100 V.
Der Poly-(Vinylalkohol) wurde dadurch gereinigt, daß 200 g desselben mit 500 ml Methanol gewaschen und danach in 500 ml entionisiertem Wasser gelöst wurden. Er wurde durch Zugabe von 500 ml Methanol aus der Lösung ausgefällt und dann getrocknet.

Claims

1. Elektrische Vorrichtung, die folgendes aufweist:

(a) eine Flüssigkristallanzeige, die einen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist und die eine Kapazität C&sub1; unter ihrer Schwellenspannung und eine Kapazität C&sub2; über ihrer Sättigungsspannung hat, und

(b) einen Kondensator, der mit der Anzeige in Reihe geschaltet und der dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine im wesentlichen konstante Kapazität C&sub0; hat, die die folgende Ungleichung erfüllt:

C&sub1; < C&sub0; < C&sub2;.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ein eingekapselter nematischer Flüssigkristall ist.

3. Elektrische Vorrichtung, die folgendes aufweist:

(a) eine in Reihe geschaltete Anordnung von Flüssigkristallanzeigen, wobei jede der Anzeigen einen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist und jede der Anzeigen eine Kapazität C&sub1; unter ihrer Schwellenspannung und eine Kapazität C&sub2; über ihrer Sättigungsspannung hat, und

(b) einen Kondensator, der mit einer Anzeige an einem Endpunkt der Anordnung in Reihe geschaltet ist und der eine im wesentlichen konstante Kapazität C&sub0; hat, die die folgende Ungleichung erfüllt:

C&sub1;/n < C&sub0; < C&sub2;/n,

wobei n die Anzahl von Anzeigen in der Anordnung ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ein eingekapselter nematischer Flüssigkristall ist.

5. Elektrische Schaltung, die folgendes aufweist:

(a) eine Flüssigkristallanzeige, die einen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie aufweist und die eine Kapazität C&sub1; unter ihrer Schwellenspannung und eine Kapazität C&sub2; über ihrer Sättigungsspannung hat;

(b) einen Kondensator in Reihenschaltung mit der Anzeige; und

(c) eine Einrichtung, um eine Spannung, die geringer als die Stehspannung der Anzeige ist, an die Kombination aus der Anzeige und dem Kondensator anzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator eine im wesentlichen konstante Kapazität zwischen C&sub1; und C&sub2; hat.

6. Schaltung nach Anspruch 5, die ferner wenigstens eine zusätzliche Flüssigkristallanzeige aufweist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, wobei das zusätzliche Flüssigkristallanzeigeelement oder die zusätzlichen Flüssigkristallanzeigeelemente mit der Flüssigkristallanzeige in Reihe geschaltet sind.

8. Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung eine Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung aufweist, die geringer als die Stehspannung der Anzeige ist.

9. Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Einrichtung eine Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung, die größer als die Stehspannung der Anzeige ist, und eine Spannungsreduziereinrichtung aufweist.

10. Schaltung nach Anspruch 9, wobei die Spannungsreduziereinrichtung einen Kondensator aufweist, der mit der Stromversorgung in Reihe geschaltet ist.