DE4003843C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige nach
dem Oberbegriff des Patentanspruchs.
Eine gattungsbildende Flüssigkristall-Anzeige ist sowohl
aus der DE 30 36 578 A1 als auch aus der DE 30 47 146 A1
bekannt geworden.
Die an erster Stelle genannte DE 30 36 578 A1 zeigt eine
Flüssigkristall-Anzeige bestehend aus zwei Flüssigkristallzellen,
die benachbart übereinander angeordnet
sind. In der einen Flüssigkristallzelle ist beispielsweise
eine segmentartige Elektrodenanordnung im Sinne einer
Sieben-Segment-Anzeige vorgesehen. Jede der beiden Elektrodenzellen
ist jeweils mit zwei an den gegenüberliegenden
Flächen einer jeden Elektrodenzelle angebrachten
durchsichtigen Elektrode versehen. Beide Flüssigkristallzellen
sind sandwichartig zwischen zwei Polarisationsfiltern
angeordnet, die senkrecht zueinander ausgerichtet
sind. Durch entsprechendes Anlegen einer Steuerspannung
soll sich der Kontrast der Flüssigkristallanzeige aufgrund
der Umschaltung zwischen den Betriebsarten einer positiv-
und einer negativ-transmissiven Flüssigkristallanzeige in
Abhängigkeit von den jeweiligen Bedürfnissen beispielsweise
beim Betrieb bei Tageslicht oder bei Nacht verbessern.
Bei der aus der DE 30 47 146 bekannten Flüssigkristall-Anzeige
wird ebenfalls wieder eine erste und zweite aufeinanderliegend
angeordnete Flüssigkristallzelle verwandt,
die unterschiedliche Farbflüssigkristall-Anzeigeelemente
umfaßt. Durch entsprechendes Anlegen einer rechteckförmigen
Steuerspannung können unterschiedliche Farben aktiviert
werden, wobei bei gleichzeitiger Farbaktivierung der
jeweils beiden übereinanderliegend angeordneten Flüssigkristall-
Anzeigeelemente die entsprechenden Mischfarben
möglich werden.
Aus dem Gesamtzusammenhang der Beschreibung ist zu entnehmen,
daß es sich bei den Flüssigkristallen um die üblicherweise
verwandten Flüssigkristalle handelt, also auf
jeden Fall nicht um ferroelektrische Flüssigkristalle.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Flüssigkristall-Anzeige zu schaffen, die mit ferro-elektrischen
Flüssigkristallen arbeitet, und bei der auch
Zwischentöne darstellbar sein sollen.
Die Erfindung wird entsprechend den im Patentanspruch angegebenen
Merkmalen gelöst.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine verblüffend
einfache Lösung geschaffen, die bisher nicht gekannte
Vorteile bietet.
Erstmals wird nämlich der Betrieb einer Flüssigkristall-
Anzeige vorgeschlagen, bei der die Flüssigkristallzellen
bzw. die Anzeigenelemente nicht nur im Betrieb "Hell" und
"Dunkel" umschaltbar, sondern bei der auch Zwischentöne
in unterschiedlicher Hell-Dunkel-Schattierung möglich
sind.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gewährleistet, daß ausgehend
von der Verwendung von ferroelektrischen Flüssigkristallen
zwei aufeinanderliegende Flüssigkristallzellen
mit jeweils separat zugeordneten Elektroden verwandt werden,
und daß jede der beiden aufeinanderliegenden Flüssigkristallzellen
mit einer rechteckförmigen Wechselspannung
angesteuert wird, wobei - und das ist höchst bedeutend
- die Phasenlage der beiden rechteckförmigen Wechselspannungen
zur Ansteuerung der ersten wie der zweiten
Flüssigkristallzelle verändert werden kann. Je nach Lage
der Phasenverschiebung kann ein unterschiedlich heller
oder dunkler Zwischenton zwischen den Maximalwerten "Hell"
und "Dunkel" ausgesteuert werden. Dies ist im gesamten
Stand der Technik so weder beschrieben noch nahegelegt.
Ermöglicht wird dies durch die ebenfalls nicht naheligende
Ausrichtung der Vorzugswinkel für die ferromagnetischen
Flüssigkristalle in der ersten wie zweiten Flüssigkristallzelle.
Denn beide Vorzugswinkel R sollen senkrecht
zueinander liegen.
Im Betrieb beim Anlegen einer elektrischen Spannung wird
dann der Winkel R entsprechend schräg ausgerichtet, wobei
sich dann dieser "Tilt-Winkel" entsprechend den elektrischen
Feldern zwischen zwei Richtungen, nämlich von der
rechten in die linke Lage und umgekehrt, hin und her
schalten läßt. Dies führt zu einer für ferroelektrische
Materialien typischen Hysteresekurve und ergibt bei Display-
Anwendung eine wesentlich schnellere Lichtmodulation.
Die Erfindung verbindet also die Vorteile eines ferroelektrischen
Flüssigkristalls mit einer für diesen Typus
einer Flüssigkristall-Anzeige völlig neuartigen Ansteuerung
mit Hilfe von phasenverschobenen rechteckförmigen
Wechselspannungen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt im einzelnen
Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung
zur Verdeutlichung des Strukturaufbaus
eines ersten Ausführungsbeispieles einer
erfindungsgemäß ferroelektrischen Flüssigkristall-
Anzeige,
Fig. 2a/2b jeweils eine Darstellung des Zusammenbaus
einer in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristallzelle
im Detail,
Fig. 3 eine Gesamtübersicht der verschiedenen
Steuersignale zum Betrieb einer in Fig. 1
dargestellten ferroelektrischen Flüssigkristall-
Anzeige einschließlich der nachfolgenden
Detaildarstellung gemäß Fig. 3a
bis 3,
Fig. 3a rechteckförmiges Steuersignal Sa1,
Fig. 3b rechteckförmiges Steuersignal Sb1,
Fig. 3c Anzeigenzustand OFF bei Anlegung der Signale
gemäß Fig. 3a und 3,
Fig. 3d Rechtecksignal Sb2,
Fig. 3e Anzeigenzustand ON bei Rechteckimpulsen
gemäß Fig. 3a und 3d,
Fig. 3f Rechtecksignal Sb3,
Fig. 3g Zwischentondarstellung,
Fig. 4a/4b eine Strukturdarstellung einer Flüssigkristallzelle,
in der die Vorzugsachse
parallel zur Polarisationsachse liegt.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt den Strukturaufbau eines
ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles einer ferroelektrischen
Flüssigkristall-Anzeige. Die Anzeige umfaßt
dabei zwei aufeinandergeschichtete und zusammengepackte
Schichten von Flüssigkristallzellen, bei denen die verwandten
ferroelektrischen Flüssigkristallzellen zwischen
einem oberen und unteren Glasträger gedichtet angeordnet
sind.
Die in einer der beiden Schichten vorgesehenen Flüssigkristallzellen
sind auch als Steuerfeld-Anzeige-Flüssigkristallzellen
2 und die anderen als sogenannte optische
Kompensations-Flüssigkristallzellen 1 bezeichnet. Zwischen
oberen und unteren Glasträgern einer jeden Flüssigkristallzelle
1 und 2 ist eine transparente Elektrode sowie ein
eine Orientierung aufweisender Film mit ferroelektrischen
Flüssigkristallzellen eingearbeitet. Jede der Flüssigkristallzellen
1 und 2 wird mit einem Rechtecksignal (Wechselstrom-
Signal) betrieben. Mit Bezugszeichen 3 und 4 sind
Polarisationsfilter (Polarisationsplatten) bezeichnet, d. h.
leitende Beläge, die außen auf den Kristallzellen 1 und
2 ausgebildet sind.
In den Fig. 2a und 2b ist ein detaillierter Strukturaufbau
der beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 dargestellt.
Die Flüssigkristallzelle 1 ist mit einer völlig
flachen transparenten Elektrode Ea1 und Ea2 versehen,
welche parallel und antiparallel zur Vorzugs- oder Schwingungsachse
Ca bezüglich der Vorzugsrichtung im oberen und
unteren Glasträger ausgerichtet sind.
Der Winkel zwischen den molekularen Hauptachsen des Flüssigkristalls
und der Vorzugsachse Ca werden durch die
Winkel Ra oder -Ra beschrieben, wenn nämlich ein elektrisches
Feld E oder -E an die Flüssigkristallzelle 1
angelegt wird. Dann wird der durch die Oberseite der Flüssigkristallzelle
1 hindurchverlaufende Winkel der Polarisationsachse
Pa des plattenförmigen Polarisationsfilters
3 zur Vorzugsachse Ca ebenfalls -Ra.
Die Flüssigkristallzelle 2 ist ebenfalls mit durchsichtigen
Elektroden Eb1 und Eb2 mit einem entsprechenden Anzeigenmuster
versehen, wobei die gleiche parallele und antiparallele
(um 90° versetzte) Vorzugsausrichtung für den
oberen und unteren Glasträger gewählt ist, wie bei der
anderen auch als Kompensations-Flüssigkristallzelle bezeichneten
Flüssigkristallzelle 1. Die Vorzugsachsen Ca
und Cb der Flüssigkristallzellen sind orthogonal zueinander
ausgerichtet. Die Winkel zwischen den Hauptachsen
der Flüssigkristallmoleküle und der Vorzugs- oder Schwingungsachse
Cb betragen Rb bzw. -Rb, wenn nämlich elektrische
Felder E bzw. -E an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt
werden.
In diesem Fall wird der Winkel zwischen der Polarisationsachse
Pb und dem unteren Polarisationsfilter 4 der Flüssigkristallzelle
2 zur Vorzugsachse Cb -Rb.
Nachfolgend wird auf die Betriebsweise des erläuterten
Ausführungsbeispieles eingegangen.
Bei der vorstehend im Aufbau erläuterten Flüssigkristall-
Anzeige wird davon ausgegangen, daß die Zwei-Schicht-Flüssigkristallzellen
1 und 2 mit einem gleichen Flüssigkristall
und einer gleichen Zellendicke gebildet sind. Dann
gelten die folgenden Verhältnisse:
Ra ⟂ Rb
-Ra ⟂ -Rb
Pa ⟂ Pb
-Ra ⟂ -Rb
Pa ⟂ Pb
Durch Anlegen eines in Fig. 3 gezeigten Rechtecksignals
zwischen den Elektroden der beiden Flüssigkristallzellen
1 und 2 kann ein bevorzugtes Anzeigemuster in einem Zwischenton
dargestellt werden. Dazu kann beispielsweise ein
elektrisches Feld mit einem Rechtecksignal Sa1 mit den
Amplituden E und -E, wie in Fig. 3 gezeigt ist, an der
oberen Flüssigkristallzelle 1 angelegt werden, während ein
Rechtecksignal Sb1 mit gleicher Phase zu dem Rechtecksignal
Sa1 an die untere Flüssigkristallzelle angelegt wird.
Dadurch werden jeweils gleichzeitig die Flüssigkristallmoleküle
in den Flüssigkristallzellen 1 und 2 gemeinsam
wie folgt ausgerichtet (Ra, Rb), (-Ra, -Rb), (Ra, Rb),
(-Ra, -Rb) etc.
Entsprechend der o. g. Bedingung (a) kann Licht nicht
hindurchfallen, da die doppelte Brechung bei (Ra, Rb) zur
Löschung führt. Auch unter der Bedingung (-Ra, -Rb) kann
kein Licht hindurchfallen, da sich die Anzeige im nichtdurchlässigen
Zustand mit einem Lichtübertragungsverhältnis
T von im wesentlichen Null befindet, weil nämlich die
Lichtpolarisation mit den Polarisationsachsen Pa, Pb der
plattenförmigen Polarisatoren 3 und 4 übereinstimmt.
Im folgenden Beispiel wird ein Rechtecksignal Sb2 in gegensinniger
Phase zu dem Rechtecksignal Sa1 an die Anzeigetreiber-
Flüssigkristallzelle 2 angelegt, wobei die Verhältnisse
bei der Flüssigkristallzelle 1 - wie oben beschrieben
- aufrechterhalten werden sollen. Dann werden
die Flüssigkristallmoleküle der Zellen 1 und 2 entsprechend
den Bedingungen (Ra, -Rb), (-Ra, Rb), (Ra, -Rb),
(-Ra, Rb) etc. kombiniert und ausgerichtet. Bei (Ra, -Rb)
tritt eine Doppelbrechung in der Flüssigkristallzelle 1
beim Winkel von Ra 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
-Rb ausgerichteten) Polarisationsachse Pb des plattenförmigen
Polarisationsfilters 4 wird. Deshalb kann Licht nur
durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtreten.
Bei (-Ra, Rb) kann Licht nur durch die Flüssigkristallzelle
2 aufgrund der gleichen Verhältnisse durchtreten.
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
Sb3 an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt wird, wobei die
Phase des Rechtecksignals zu dem Rechtecksignal Sa1 leicht
verschoben ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verhältnis
des Anteils des hindurchgelassenen Lichts zum Anteil des
nichthindurchgelassenen Lichts verändert werden, indem das
Verhältnis der gleichen Phasenkomponente zu der entgegengesetzten
Phasenkomponente des rechteckförmigen Wechselstrom-
Signals Sb3 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-Signals betrieben
werden, wodurch Verschlechterungen und Alterung
der Flüssigkristallzelle vermieden 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 bzw.
Vorzugsrichtung Ca der Flüssigkristallzelle 1 parallel zur
Polarisationsachse Pa des plattenförmigen Polarisators 3
ausgerichtet ist, wobei die Vorzugsachse Cb der zweiten
Flüssigkristallzelle 2 parallel zur Polarisationsachse Pb
des Polarisationsfilters 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 Flüssigkristallzelle ist bei optischen
Blenden oder Verschlußanordnungen für Druckköpfe und
andere optische Verschlußeinrichtungen wie beispielsweise
auch für eine Flüssigkristall-Anzeige entsprechend den
gezeigten Ausführungsbeispielen anwendbar.
Bei beiden Ausführungsbeispielen werden also beide Flüssigkristallzellen
1 und 2 mittels eines rechteckförmigen
Wechselstrom-Signals angesteuert, um die Alterungserscheinungen
und Verschlechterungen der Flüssigkristallzellen zu
verhindern und eine verbesserte Anzeige zu gewährleisten.
Durch den beschriebenen Phasenversatz zwischen den rechteckförmigen
Wechsel-Signalen lassen sich zudem auch Zwischentöne
darstellen.
Claims (1)
- Flüssigkristall-Anzeige mit einer ersten, als Anzeigeeinrichtung dienenden Flüssigkristallzelle und einer zweiten Flüssigkristallzelle, die gemeinsam übereinanderliegend zwischen zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsfiltern angeordnet sind, wobei an die beiden Flüssigkristallzellen zur Veränderung der spannungsabhängigen Polarisationen des die jeweilige Flüssigkristallzelle durchstrahlenden Lichtes jeweils getrennt eine Steuerspannung anlegbar ist, die aus einer rechteckförmigen Wechselspannung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkristallzellen (1, 2) ferroelektrische Flüssigkristalle umfassen, daß der Winkel (Ra) der Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle in der einen Flüssigkristallzelle (1) senkrecht zum Winkel (Rb) der Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle der zweiten Flüssigkristallzelle (2) steht und daß die rechteckförmigen Wechselspannungen der beiden Flüssigkristallzellen (1, 2) mit unterschiedlicher Phasenverschiebung zueinander aussteuerbar sind.
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