DE4003843A1 - Ferroelektrische fluessigkeitskristallanzeige - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskristallanzeige oder ein Flüssigkristallfeld, insbesondere für eine Blenden- oder Ver­ schlußanordnung, wie sie beispielsweise in einem Druckkopf ver­ wandt wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine ferroelektri­ sche Flüssigkeitskristallanzeige bzw. ein Flüssigkristallfeld.

Flüssigkeitskristallanzeigen oder Flüssigkristallfelder unter Ver­ wendung von ferroelektrischen Flüssigkeitskristallen sind bekannt. Die Flüssigkeitskristallzelle umfaßt einen beispielsweise zwischen zwei Glasträgern befindlichen abgedichteten Flüssigkeitskristall, wie beispielsweise bei einer Flüssigkristallanzeige unter Verwen­ dung eines üblichen nematischen Flüssigkristalls. Die Flüssigkri­ stallzelle wird als Anzeigenfeld oder als optische Blende durch Anlegen einer Steuerspannung über transparente Elektroden betrie­ ben, die in dem Glasträger eingearbeitet sind. Der ferroelektri­ sche Flüssigkristall hat dabei eine hohe dielektrische Konstante und unterscheidet sich von einem nematischen Flüssigkristall dadurch, daß er mittels Gleichstrom betrieben wird, um ihn ent­ sprechend der Richtung des angelegten elektrischen Feldes (po­ sitiv oder negativ) ON und OFF, d.h. an- oder abzuschalten. Al­ lerdings sind die Spannungs-Übertragungscharakteristiken nicht vollständig bekannt. Sollen deshalb auf dem Anzeigenschirm Zwi­ schentöne dargestelIt werden, so ist es erforderlich, das Ver­ hältnis zwischen ON/OFF mit hoher Wiederholungsfrequenz zu vari­ ieren oder das Bereichsverhältnis von ON/OFF zu verändern.

Demgegenüber wird, wie ausgeführt, ein bekanntes ferroelektri­ sches Flüssigkristallfeld mittels Gleichstrom betrieben. Folglich altern und verschlechtert sich die Flüssigkristallzelle eher, und wenn die Anzeige in einem Zwischenton betrieben wird etc., dann wird die an die Display-Pixel angelegte Gleichspannung ungleich­ förmig, und zwar in Abhängigkeit der darzustellenden Daten. Zu­ sätzlich wird die Pixeldarstellung unregelmäßig verschlechtert, weshalb die Feldanzeige nicht stabil betrieben werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, die Nach­ teile nach dem Stand der Technik zu überwinden und insbesondere eine Alterung und Verschlechterung der FlüssigkristalIzelle zu verhindern und eine ferroelektrische Flüssigkristallanzeige und ein ferroelektrisches Flüssigkristallfeld zu schaffen, welches stabil betrieben werden kann.

Eine erfindungsgemäße ferroelektrische Flüssigkristallanzeige bzw. ein zugehöriges Flüssigkristallfeld umfaßt zwei Schichten von Flüssigkristallzellen, von denen jeweils ein ferroelektrischer Kristall zwischen zwei Substratträgern gedichtet angeordnet ist, die dann zusammen laminiert werden. Dabei wird eine der Flüs­ sigkristallzellen als Feldanzeige-Flüssigkristallzelle und die andere Flüssigkristallzelle als eine optische Kompensationszelle betrieben, wobei beide Flüssigkristallzellen mittels eines recht­ eckförmigen Wechselstromsignales betrieben werden. Mittels der Erfindung wird es zudem möglich, das ferroelektrische Flüssig­ kristallfeld in einem Zwischenton zu betreiben, in dem die Phase der rechteckförmigen Wechselstrom-Signale variiert werden, die an die Flüssigkeitskristalle der ersten und zweiten Schicht angelegt werden.

Bei einem erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallfeld werden zwei Schichten von Flüssigkristallzellen aufeinander ge­ schichtet, von denen jede durch rechteckförmige Wechselstrom-Sig­ nale angesteuert und betrieben werden. Dadurch wird eine Alte­ rung und Abnützung der Flüssigkeitskristallzellen wirksam verhin­ dert, wobei gleichzeitig die Darstellung mittels eines Zwischen­ tones ermöglicht wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zei­ gen im einzelnen:

Fig. 1 eine Strukturdarstellung zur Verdeutlichung des Auf­ baues eines Ausführungsbeispieles eines erfindungs­ gemäßen ferroelektrischen Flüssigkristallfeldes;

Fig. 2a und 2b eine Darstellung des Zusammenbaues einer in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristallzelle im Detail;

Fig. 3 eine Darstellung der verschiedenen Steuersignale zum Betrieb des in Fig. 1 dargestellten Flüssig­ kristallfeldes sowie der erzielbaren Anzeigezustände;

Fig. 3a rechteckförmiges Steuersignal Sa 1;

Fig. 3b rechteckförmiges Steuersignal Sb 1;

Fig. 3c Anzeigenzustand OFF bei Anlegung der Signale gemäß Fig. 3a und 3b;

Fig. 3d Rechtecksignal Sb 2;

Fig. 3e Anzeigenzustand ON bei Rechteckimpulsen gemäß Fig. 3a und 3d;

Fig. 3f Rechtecksignal Sb 3;

Fig. 3g Zwischentondarstellung;

Fig. 4a und 4b eine Strukturdarstellung einer Flüssigkri­ stallzelle, in der die Vorzugsachse parallel zur Polarisationsachse liegt.

Fig. 1 zeigt eine Strukturdarstellung des Aufbaues eines erfin­ dungsgemäßen Ausführungsbeispieles eines ferroelektrischen Flüs­ sigkristallfeldes. Das Flüssigkristallfeld umfaßt zwei aufeinander geschichtete und zusammengepackte Schichten von Flüssigkristall­ zellen, in denen ferroelektrische Flüssigkristalle zwischen oberen und unteren Glasträgern gedichtet sind.

Eine dieser Zellen wird als Flüssigkristallzelle einer Steuerfeld­ anzeige und die andere als eine optische Kompensations-Flüssig­ kristallzelle betrieben. Mit Bezugszeichen 1 ist in der Zeichnung die optische Kompensations-Flüssigkristallzelle und mit Bezugszei­ chen 2 eine Feldanzeige-Steuer- oder -Treiber-Flüssigkristallzelle bezeichnet. Zwischen oberen und unteren Glasträgern einer jeden der Flüssigkristallzellen 1 und 2 ist eine transparante Elektrode sowie ein orientierter Film von ferroelektrischen Flüssigkristallen eingearbeitet. Jede der Flüssigkristallzellen 1 oder 2 wird durch ein Rechtecksignal (Wechselstrom-Signal) betrieben. Bezugszeichen 3 und 4 bezeichnen die Polarisations-Platten, d.h. die leitenden Beläge, die außen auf der Kristallzelle 1 und 2 ausgebildet sind.

Fig. 2a und 2b zeigen einen detaillierten Strukturaufbau der beiden Flüssigkristallzellen 1 oder 2. Die optische Kompensations­ zelle 1 ist mit einer völlig flachen transparenten Elektrode Ea 1 und Ea 2 versehen, welche parallel und anti-parallel zur Vorzugs- oder Schwingungsachse Ca bezüglich der Vorzugsrichtung im obe­ ren und unteren Glasträger ausgerichtet sind.

Der Winkel zwischen den molekularen Hauptachsen des Flüssigkri­ stalls und der Vorzugsachse Ca werden durch die Winkel R a oder - R a beschrieben, wenn ein elektrisches Feld E oder - E an die Flüssigkristallzelle 1 angelegt wird. Dann wird der durch die Oberseite der Flüssigkristallzelle 1 hindurch verlaufende Winkel der Polarisationsachse Pa des plattenförmigen Polarisators 3 zur Vorzugsachse Ca ebenfalls - Ra.

Die Anzeige-Treiber-Flüssigkristallzelle 2 ist ebenso mit durch­ sichtigen Elektroden Eb 1 und Eb 2 mit einem entsprechenden Anzei­ gemuster versehen, wobei die gleiche parallele und anti-parallele (um 90° versetzte) Vorzugsausrichtung des oberen und unteren Glasträgers gleich gewählt ist wie bei der optischen Kompensa­ tions-Flüssigkristallzelle 1. Die Vorzugsachsen Ca und Cb der Zellen sind orthogonal zueinander. Die Winkel zwischen den Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle und der Vorzugs- oder Schwingungsache Cb betragen R b bzw. - R b, wenn elektrische Felder E bzw. - E an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt werden.

Dann wird der Winkel zwischen der Polarisationsachse Pb und dem unteren plattenförmigen Polarisator 4 der Flüssigkristallzelle 2 zur Vorzugsachse CB - R b.

Nachfolgend wird die Betriebsweise des erläuterten Ausführungs­ beispieles beschrieben.

Bei der vorstehend im Aufbau erläuterten Flüssigkristallanzeige wird davon ausgegangen, daß die Zwei-Schicht-Flüssigkristallzel­ len 1 und 2 mit einem gleichen Flüssigkristall und einer gleichen Zellendicke gebildet sind. Dann sind die folgenden Verhältnisse gegeben.

R a ⟂ R b
-R a ⟂ -R b
-Pa ⟂ Pb

Durch Anlegen eines in Fig. 3 gezeigten Rechtecksignals zwischen der Elektroden der beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 kann ein bevorzugtes Anzeigemuster in einem Zwischenton dargestellt wer­ den. Dazu kann beispielsweise ein elektrisches Feld mit einem Rechtecksignal Sa 1 mit den Amplituden E und - E, wie in Fig. 3 gezeigt, an der oberen Flüssigkristallzelle 1 angelegt werden, während ein Rechtecksignal Sb 1 mit gleicher Phase zu dem Recht­ ecksignal Sa 1 an die untere Flüssigkristallzelle angelegt wird. Dadurch werden jeweils gleichzeitig die Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallzellen 1 und 2 gemeinsam wie folgt ausgerichtet (R a, R b), (-R a, -R b), (R a, R b) (-R a, -R b) etc.

Entsprechend der o. g. Bedingung (a) kann Licht nicht hindurch­ fallen, da die doppelte Brechung bei (R a, R b) zur Löschung führt. Auch bei der Bedingung (-R a, -R b) kann kein Licht hin­ durchfallen, da sich die Anzeige im nichtdurchlässigen Zustand mit einem Lichtübertragsverhältnis T von im wesentlichen Null befindet, da die Lichtpolarisation mit den Polarisationsachsen Pa, Pb der plattenförmigen Polarisatoren 3 und 4 übereinstimmt.

Nachfolgend wird ein Rechtecksignal Sb 2 in gegensinniger Phase zu dem Rechtecksignal Sa 1 an die Anzeigetreiber-Flüssigkristall­ zelle 2 angelegt, wobei die Verhältnisse bei der Flüssigkristall­ zelle 1, wie beschrieben, aufrechterhalten werden. Dann werden die Flüssigkristallmoleküle der Zellen 1 und 2 entsprechend den Bedingungen (R a, -R b), (-R a, R b), (R a, -R b), (-R a, R b) etc. kombiniert und ausgerichtet. Bei (R a, -R b) tritt eine Doppel­ brechung in der Flüssigkristallzelle 1 beim Winkel von R a auf, der einen Lichtdurchtritt erlaubt. In der Flüssigkristallzelle 2 tritt demgegenüber keine doppelte Lichtbrechung auf, da die Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle parallel zu der in einem Winkel von -R b ausgerichteten Polarisationsachse Pb des platten­ förmigen Polarisators 4 wird. Deshalb kann Licht nur durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtreten.

Bei (-R a, R b) kann Licht nur durch die Flüssigkristallzelle 2 aufgrund der gleichen Verhältnisse hindurchtreten.

Vorausgesetzt, daß die beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 gleich aufgebaut sind, tritt somit der Anzeigenstatus "AN" auf.

Nachfolgend wird der Fall erörtert, daß ein Rechtecksignal Sb 3 an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt wird, wobei die Phase des Rechtecksignals zu dem Rechtecksignal Sa 1 leicht verschoben ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verhältnis des Anteils des hin­ durchgelassenen Lichtes zum Anteil des nichthindurchgelassenen Lichtes verändert werden, indem das Verhältnis der gleichen Pha­ senkomponente zu der entgegengesetzten Phasenkomponente des rechteckförmigen Wechselstrom-Signals Sb 3 geändert werden. Eine Darstellung in einem Zwischenton ist ebenso möglich, wenn diese Bedingungen mit hoher Wiederholungsfrequenz reproduziert werden.

Auf diese Art und Weise kann eine Flüssigkristallanzeige unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mittels eines rechteckförmigen Wechselstrom-Signales betrieben werden, wodurch Verschlechterungen und Alterungen der Flüssigkristallzelle ver­ mieden und ein stabilisierter Betrieb der Anzeige aufrechterhalten werden kann.

In den Fig. 4a und 4b ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei der die Vorzugsachse Ca der optischen Kompensations-Flüssigkristallzelle 1 parallel zur Polarisations­ achse Pa des plattenförmigen Polarisators 3 ausgerichtet ist, wo­ bei die Vorzugsachse Cb der Anzeigetreiber-Flüssigkristallzelle 2 parallel zur Polarisationsachse Pb der Polarisationsplatte 4 liegt. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt den gleichen Effekt wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, und zwar bei den gleichen in der Zelle vorhandenen Bedingungen, wie anhand von Fig. 2 erläutert.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallanzeige ist bei optischen Blenden oder Verschlußanordnungen für Druckköpfe und andere optische Verschlußeinrichtungen wie beispielsweise auch für eine Flüssigkristallanzeigenvorrichtung entsprechend den gezeigten Aus­ führungsbeispielen anwendbar.

Entsprechend der Erfindung wird eine Anzeigetreibe-Flüssigkri­ stallzelle und eine optische Kompensations-Flüssigkristallzelle als Zweischichten-Flüssigkristallzelle zusammengefügt bzw. laminiert, wobei jede Flüssigkristallzelle mittels eines rechteckförmigen Wechsel-Signales angesteuert wird. Dadurch lassen sich Alterungs­ erscheinungen und Verschlechterungen der Flüssigkristallzellen verhindern und ein stabilisierter Einsatz und Betrieb der Anzeige gewährleisten. Ferner ist es dadurch möglich, auch Zwischentöne darzustellen, indem der Phasenversatz zwischen den rechteckför­ migen Wechsel-Signalen geändert wird.

Claims (2)

1. Ferroelektrische Flüssigkristallanzeige, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Schichten von Flüssigkristallzellen (1, 2) vorgese­ hen sind, von denen jede einen ferroelektrischen Flüssigkristall (1, 2) zwischen zwei Substratträgern in dichtender Anordnung um­ faßt, die dann zusammengefügt sind, wobei eine der beiden Flüs­ sigkristallzellen als Anzeigetreiber-Flüssigkristallzelle (2) und die andere der Flüssigkristallzellen (1, 2) als optische Kompensa­ tions-Flüssigkristallzelle (1) betrieben und beide Flüssigkristall­ zellen (1, 2) jeweils durch rechteckförmige Wechselspannungssig­ nale angesteuert werden.

2. Ferroelektrische Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß darüber Zwischentöne darstellbar sind, indem der Phasenversatz der rechteckförmigen und an die Flüssig­ kristallzellen (1, 2) der ersten und zweiten Schicht angelegten Wechselspannungs-Signale variiert wird.