DE60214738T2

DE60214738T2 - Löschbare bistabile anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE60214738T2
Application number: DE60214738T
Authority: DE
Inventors: A. Peter CIRKLE; C. Petrus BOUTEN; J. Peter SLIKKERVEER; Giovanni Nisato
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP2005501294A; JP4241375B2; ATE339706T1; KR20040044498A; DE60214738D1; US6753933B2; KR100868112B1; US20030043317A1; WO2003019277A1; CN1311285C; EP1421436A1; CN1549951A; EP1421436B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche zwischen einem ersten optischen Modus und einem zweiten optischen Modus schaltbar ist, wobei die Anzeigevorrichtung einen ersten Teil aufweist und zumindest ein Teil eines Bildschirms durch Anwenden eines Drucks auf den ersten Teil löschbar ist.
Eine bistabile Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist in JP-2000127683 offenbart. Die Anzeige wird in einer elektronischen Bildschirmtafel eingesetzt. Bildschirmtafeln werden bei Besprechungen eingesetzt, um Informationen auf diese zu schreiben. Später werden die Informationen gescannt und können ausgedruckt werden. Es wird eine Flüssigkristallanzeige (LCD) vom PSCT-(Polymer Stabilized Cholesteric Texture) Typ für den Teil der Tafel eingesetzt, welcher zum Beschreiben verwendet wird. PSCT-Anzeigen sind zwischen einem reflektiven und einem transmissiven Modus schaltbar. JP-2000127683 offenbart, dass Informationen, welche auf einer solchen Anzeige dargestellt werden, durch Ausüben eines externen, mechanischen Druckes, zum Beispiel mit Hilfe eines Stiftes, gelöscht werden können. Durch den mechanischen Druck wird in der Flüssigkristallflüssigkeit ein Übergang induziert, als Folge dessen der transmissive Zustand (Modus) in den reflektiven Zustand (Modus) lokal geändert wird. Dieses Phänomen wird eingesetzt, um auf der Anzeigevorrichtung dargestellte Informationen zu löschen. Da der Druck lokal ausgeübt wird, findet der Löscheffekt ebenfalls lokal statt, und es wird folglich lediglich ein kleiner Teil der Anzeige gelöscht.
US-A-6 104 448 und US-A-4 525 032 offenbaren cholesterische LCD-Vorrichtungen, welche zwischen einem Reflexions- und einem Streuungszustand schaltbar sind. In beiden Offenbarungen ist die Anzeige durch die Anwendung einer mechanischen Belastung bzw. eines mechanischen Drucks löschbar. In US-A-6 104 448 resultiert die Anwendung einer mechanischen Belastung in einer Umschaltung von einer fokal-konischen (focal conic) Streuungstextur in eine Licht reflektierende, planare Textur. In US-A-4 525 032 kann die komplette Anzeigefläche durch Biegen der Vorrichtung gelöscht werden.
Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Anzeigevorrichtung vorzusehen, bei welcher es möglich ist, auf der Anzeigevorrichtung dargestellte Informationen über größere Flächen oder sogar auf der gesamten Anzeigefläche durch mechanischen Druck zu löschen. Die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Expansionskammer versehen ist, um überschüssige Flüssigkeit, welche durch den angewandten Druck in die Expansionskammer fließt, zu speichern, wobei der Flüssigkeitsstrom somit Informationen löscht, welche auf der Anzeige in einem zweiten Teil der Anzeigevorrichtung, der zwischen dem ersten Teil und der Expansionskammer positioniert ist, dargestellt werden. Die Erfinder sind sich darüber im Klaren, dass, wenn die Anzeigevorrichtung so vorgesehen ist, dass das Auftreten eines Flüssigkristallmaterialflusses bewirkt wird, dieser Fluss vorteilhaft zum Löschen der gesamten Anzeigefläche verwendet werden kann. Angesichts des Vorhandenseins der Expansionskammer findet ein Flüssigkristallmaterialfluss von dem Druckpunkt bis zu der Expansionskammer statt, und eine Scherkraft wirkt auf das Flüssigkristall. Der Flüssigkristallmaterialfluss wird in dem planaren (reflektierenden) Zustand über die gesamte Fläche der Anzeige, auf welcher der Fluss stattfindet, angeordnet, d.h. es findet der Phasenübergang von dem transmissiven in den reflektiven Modus statt, und die angezeigten Informationen werden damit gelöscht. Folglich ist keine hohe elektrische Löschspannung mehr erforderlich.
Dieser Gesichtspunkt sowie weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind durch die Nebenansprüche definiert.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1A und 1B – einen Querschnitt einer bistabilen Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche jeweils zwischen einem transmissiven Zustand und einem reflektiven Zustand schaltbar ist;
2 – einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; sowie
3 – ein Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Im Allgemeinen sind identische Komponenten durch die gleichen Bezugsziffern in den Figuren gekennzeichnet.
Die 1A und 1B zeigen einen Querschnitt einer bistabilen Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Diese weist zwei Substratplatten 1 und 3 auf, zwischen denen ein CTLC (Cholesteric Texture Lquid Crystal) Material 5 vorgesehen ist. Die Innenflächen 7 und 9 der Substratplatten 1 und 3 sind mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material versehen, um zwei Elektrodensätze zu bilden. Die Vorrichtung weist weiterhin Distanzelemente bzw. Abstandsstücke 11 auf, um die beiden Substratplatten in einem genau definierten Abstand voneinander zu halten. Das CTLC-Material 5 kann durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 7 und 9 zwischen einem transmissiven Zustand, wie in 1A dargestellt, und einem reflektiven Zustand, wie in 1B dargestellt, geschaltet werden. Bei Anzeigen auf CTLC-Basis ist eine relativ hohe Schaltspannung, typischerweise mindestens 30 V, erforderlich, wodurch ebenfalls relativ teure Steuer-ICs notwendig sind. Des Weiteren geht Energie verloren, wenn niedrige (Batterie-) Spannung durch Umwandlung auf diesen hohen Spannungspegel gebracht wird.
2 zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anzeige weist einen zweiten Teil 24, auf welchem Informationen dargestellt werden können, einen ersten Teil 20, auf den ein mechanischer Druck P ausgeübt werden kann, sowie eine Expansionskammer 22 auf. Zwischen den Substratplatten 1 und 3 ist CTLC-Material 5 vorgesehen. Die Vorrichtung weist weiterhin Distanzelemente 11 auf, um die Substratplatten in einem genau definierten Abstand, typischerweise in der Größenordnung von 5 Mikrometer, zu halten. Die Anzeige kann durch Anlegen einer bestimmten Spannung von einem reflektiven Zustand in einen transmissiven Zustand geschaltet werden. Auf diese Weise geht das Flüssigkristallmaterial von einem planaren in einen sogenannten fokal-konischen (focal conic) Zustand über. Durch Anlegen einer höheren Spannung kann die Anzeige von einem nicht reflektierenden in einen reflektierenden Zustand geschaltet werden. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass der fokal-konische (nicht reflektierende) Zustand in einen sogenannten homöotropen Zustand gerät, welcher nach Wegnahme der Spannung in den planaren (reflektierenden) Zustand zurück kippt. Gewöhnlich wird nicht nur eine einfache Spannung, sondern eine bestimmte Pulsfolge zur Ansteuerung der Anzeige eingesetzt. Dieses bietet Vorteile wie z.B. Beschleunigung der Ansteuerung und Verhinderung einer Beeinträchtigung des Anzeigematerials. Eine typische Vorrichtung kann bei einer Spannung über 10 V von dem reflektierenden in den nicht reflektierenden Zustand und bei einer Spannung über etwa 34 V von dem nicht reflektierenden in den reflektierenden Zustand versetzt werden. Diese Spannun gen sind relativ hoch und können durch Reduzieren des Zellenabstands verringert werden. Eine Reduzierung des Zellenabstands wird jedoch von einer Reduzierung der Reflektivität des reflektiven Zustands begleitet. Dieses reduziert wiederum die Anzeigeleistung, d.h. die Helligkeit und den Kontrast der Anzeige.
Die Erfinder sind sich darüber im Klaren, dass ein Übergang von dem nicht reflektierenden in den reflektierenden Zustand auch dann auftritt, wenn eine Scherkraft auf das Flüssigkristall wirkt. Scherkräfte, welche das Flüssigkristall zum Fließen bringen, werden durch einen, auf die Anzeige wirkenden, mechanischen Druck P induziert. Das Ausüben des Drucks hat den Vorteil, dass keine hohe elektrische Spannung zum Löschen der Anzeige mehr erforderlich ist.
Bei Anzeigen mit starren Substraten muss auf die Anzeige eine große Kraft ausgeübt werden; daher werden zumindest für einen Teil der Anzeige vorzugsweise flexible Substrate, z.B. Kunststoffsubstrate mit einer Dicke von < 200 Mikrometer, verwendet. Die Flexibilität der Substrate kann am besten durch den Biegeradius ausgedrückt werden, welcher eine Funktion von sowohl der Substratdicke als auch des Youngschen (Elastizitäts-) Modulus des verwendeten Substratmaterials darstellt. Das Substrat kann zu diesem Radius elastisch gebogen werden. Gute Ergebnisse wurden mit Substraten mit einem Biegeradius von 100 cm oder weniger erreicht.
Die Flexibilität des ersten Teils 20 und der Expansionskammer 22 und damit das Auftreten des Stromes der Flüssigkristallflüssigkeit kann verbessert werden, indem im Vergleich zu der Dichte der Abstandselemente, wie in dem zweiten Teil 24 verwendet, weniger Abstandselemente 11 in diesen Teilen eingesetzt werden. Hierdurch wird ebenfalls die Steifigkeit des Anzeigeteils 24 erhöht und infolgedessen der Löscheffekt verbessert, da der Flüssigkeitsstrom zu der Expansionskammer 22 hin verbessert wird. Die Abstandselemente in dem Anzeigeteil 24 sind vorzugsweise an beiden Substraten 1 und 3 befestigt, da hierdurch eine Verschiebung der Abstandselemente verhindert und somit ein konstanter Abstand zwischen den Substraten 1 und 3 sichergestellt wird. Solche Abstandselemente können durch ein lithographisches Verfahren vorgesehen werden. Eine zusätzliche Maßnahme ist die Verwendung von rippenartigen Abstandselementen in dem Anzeigebereich 24. Dieses hat den Vorteil einer Verbesserung des Flusses von dem Druckteil 20 zu der Expansionskammer 22.
Bei CTLC-Anzeigen kommen, in Abhängigkeit der Stabilisierung der Texturen, zwischen denen die Anzeige geschaltet werden kann, zwei Typen vor: PSCT (Polymer Stabilized) oder SSCT (Surface Stabilized) CTLC. Es hat sich gezeigt, dass der Stabilisierungstyp des Flüssigkristalls eine Rolle bei dem Löscheffekt spielt. Bei dem PSCT (Polymer Stabilized) CTLC behindert das Polymernetzwerk den freien Fluss von Flüssigkristall. Es wird daher vorgezogen, das SSCT (Surface Stabilized) CTLC zu verwenden.
Ein Beispiel einer Anzeige, in welcher der Effekt demonstriert wurde, weist sphärische Abstandselemente von 5 Mikrometer in einer Dichte von 100/mm², verteilt zwischen zwei Kunststoffsubstraten mit einem Youngschen Modulus von 1,6 GPa und einer Dicke von 200 Mikrometer, auf.
3 zeigt ein Anzeigegerät gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung sowie Mitteln 30 zur Abgabe von Steuersignalen 32 und Anzeigesignalen 34 an die Anzeigevorrichtung.
Zusammenfassend sieht die vorliegende Erfindung eine bistabile Flüssigkristallanzeigevorrichtung vor, welche durch Anwenden eines mechanischen Drucks P gelöscht werden kann. Der Druck induziert einen Fluss des Flüssigkristallmaterials 5 zu einer Expansionskammer 22. Der induzierte Fluss bewirkt einen Übergang von dem nicht reflektierenden in den reflektierenden Zustand, womit die Notwendigkeit hoher Löschspannungen eliminiert wird.
Es sei erwähnt, dass die oben erwähnten Ausführungsbeispiele die vorliegende Erfindung darstellen, nicht jedoch einschränken, und dass Fachkundige in der Lage sind, viele alternative Ausführungen zu entwickeln, ohne von dem Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. In den Ansprüchen sind zwischen Klammern gesetzte Bezugszeichen nicht als den Anspruch einschränkend auszulegen. Das Wort „aufweisen" bzw. „aufweist" oder „mit" schließt nicht das Vorhandensein anderer Elemente oder Schritte als die in einem Anspruch aufgeführten aus. Das Wort „ein" bzw. „eine" vor einem Element schließt nicht das Vorhandensein mehrerer solcher Elemente aus.

Claims

Flüssigkristallanzeigevorrichtung, welche zwischen einem ersten optischen Modus und einem zweiten optischen Modus schaltbar ist, wobei die Anzeigevorrichtung einen ersten Teil (20) aufweist und zumindest ein Teil der Anzeige durch Ausüben eines Drucks P auf den ersten Teil löschbar ist, wobei die Anzeigevorrichtung mit einer Expansionskammer (22) versehen ist, um überschüssige Flüssigkristallflüssigkeit, welche durch den angewandten Druck P in die Expansionskammer fließt, zu speichern, wobei der Flüssigkeitsstrom somit Informationen, welche auf der Anzeige in einem, zwischen dem ersten Teil (20) und der Expansionskammer (22) angeordneten, zweiten Teil (24) der Anzeige dargestellt werden, löscht.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste optische Modus einen transparenten Modus und der zweite optische Modus einen reflektiven Modus umfasst.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzeige eine Substratplatte (1, 3) mit einem Biegeradius von 100 cm oder weniger aufweist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Teil (20), der zweite Teil (24) und die Expansionskammer (22) Abstandselemente (11) mit jeweiligen Dichten aufweisen, wobei die Dichte von Abstandselementen in der Expansionskammer (22) und/oder in dem ersten Teil (20) mit der Dichte der Abstandselemente in dem zweiten Teil (24) identisch oder geringer als diese ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Flüssigkristall (5) ein oberflächenstabilisiertes CTLC (Cholesteric Texture Liquid Crystal) enthält.
Anzeigegerät mit: einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 sowie Mitteln (30), um der Anzeigevorrichtung Steuersignale (32) und Anzeigesignale (34) zuzuführen.