DD268785A1 - Aktives anzeigeelement auf fluessig-kristalliner basis - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein aktives Anzeigeelement auf fluessig-kristalliner Basis welches zur Informationsdarstellung auf den verschiedensten Gebieten anwendbar ist. Es besteht aus einer Fluessigkristallzelle mit bekanntem Schichtenaufbau und einer Beleuchtungseinrichtung zum seitlichen Einstrahlen von linear polarisiertem Licht in die hintere, dem Betrachter abgewandten Glasplatte. Als Fluessigkristall findet ein ferroelektrisch-smektischer Fluessigkristall Anwendung. Zusaetzlich verfuegt diese Fluessigkristallzelle auf der dem Betrachter zugewandten Seite ueber eine lichtstreuende Schicht. Der Fluessigkristall wird durch die Orientierungsschichten so orientiert, dass im optisch geschlossenen Zustand die Molekuellaengsachsen senkrecht zur Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes liegen. Fig. 1
Description
Aktives Anzeigeelement auf ilüssig-.cristalliner Basis
Die Erfindung tetrifft ein aktives Anzeigeelement welches zur Informationsdarstellung auf den verschiedensten Gebieten anwendbar ist.
Anzeigesysteme auf der Basis kristallin-flüssiger Effekte sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Zum Erkennen der dargestellten Informationen werden externe Beleuchtungseinrichtungen verwendet, um eine Kontrastverbesserung insbesondere bei geringem Umgebungslicht zu erreichen. Psrartige Beleuchtungseinrichtungen dienen meist einer gleichmäßigen flächenhaften Hintergrundaufhellung und verändern somit nichts am Aufbau bzw. an der Wirkungsweise der FlUssigkristallzelle In der DE-OS 29 33 312 wird dazu auf der dem Betrachter abgewandten Seite des LC-Anzeigeelementes ein UV-Strahler mit Leuchtstoffschicht angeordnet.
Eine ähnliche Lösung ist in der DE-OS 30 37 224 beschrieben, bei der die FlUssigkristallzelle über eine an ihrer Rückseite angeordnexe elektrolumineszierende Schicht verfügt. Durch die UV-Strahlung kann es allerdings zur V&_*kUrf,ung der Lebensdauer kommen, da sie in der PlUäsigkristallschicht zu photochemischen Reaktionen führt. Eine weitere Lösung zur Erhöhung des Kontrastes der dargestellten Information durch eine gleichmäßig Hintergrundausstrahlung wird in der DD 213 257 beschrieben. Die Ausleuchtung erfolgt durch lichtemittierende Halbleiterchips, die sich zwischen der FlUssigkriatallzelle und einer dahinter angeordneten Scheibe befinden, die vorderseitig lichtstreuend und rückseitig reflektierend ist.
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Als nachteilig bei der Ausnutzung von elektrooptischen Effekten auf der Basis von Inxerferenzerscheinungen wirken sich aus, daß eine nicht exakte Zelloptimierung sowie Temperaturschwankungen und Inhomogenitäten der Schichtdicke des Flüssigkristalls zu Färb- bzw. Kontrastfehlern bei der Informationsdarstellung führen.
In der DD 250 191 wird eine Anordnung dargelegt, bei der seitlich eingestrahltes Licht in Abhängigkeit des Orientierungszustandes der Flüssigkristallmoleküle an der Grenzfläche zur Fl üssigkristallscMcht reflektiert oder in die Schicht hineingebrochen wird. Die Nachteile bei dieser Lösung resultieren aus der Ausnutzung des DST-Sffektes. Die damit verbundenen hohen Betriebsspannungen, die relativ langen Schaltzeiten, die kurze Lebensdauer sowie das begrenzte Auflösungsvermögen verhindern eine breitere Anwendung, wie beispielsweise für großflächige Anzeigeelemente.
Als nachteilig bei gebräuchlichen elektrooptischen Effekten v/irkt sich noch aus, daß infolge der notwendigen Polarisatoren zum einen ein beträchtlicher Teil des Lichtes verloren geht und zum anderen beschränkte Blickwinkelbereiche der dargestellten Informationen auftreten.
Ziel der Erfindung ist ein flüssig-kristallines Anzeigeelement zur Darstellung deutlich sichtbarer Informationen, welches durch einen technologisch leicht realisierbaren Aufbau eine kostengünstige Herstellung gewährleistet und dabei eine hohe Zuverlässigkeit und Eildqualität sichert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein aktives flüssigkristallines Anzeigeelement zu entwickeln mit dem Informationen unabhängig vom Umgebungslicht kontrastreich und blickwinkel-
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zaus 4
unabhängig dargestellt werden können und welches sich durch hohes Auflösungsvermögen, geringe Temperaturabhängigkeit urd geringere Schaltzeiten auszeichnet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein aktives Anzeigeelement auf flüssig-kristalliner Basis, bestehend aus einer Flüssigkristallzelle mit dem Aufbau: Glasplatte-trsnsparente Elektroden-Orientierungsschicht-Flüssigkristall-Orientierv.ngsschicht-transparente Elektroden-Glasplatte, v/obei die transparenten Elektroden als Segment-, Voll- oder Matrixanzeigs ausgebildet sein können, sowie aus einer Beleuchtungsrichtung zum seitlichen Einstrahlen von linear polarisiertem Licht in die hintere, dem Betrachter abgewandte, Glasplatte, dadurch gelöst, daß der Flüssigkristall ein ferroelektrischer-smektischer Flüssigkristall ist und daß auf der dem Betrachter zugewandten Seite der FlUssigkristallzelle eine lichtstreuende Schicht angeordnet ist.
Um einen definierten Zustand der Totalreflexion zu gewährleisten ist der Flüssigkristall so zu orientieren, daß die MoIeküllängsachsen im optisch geschlossenen Zustand senkrecht zur Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes liegen. Mit der Erfindung wird ein Anzeigeelement auf flüssig-kristaliiner Easis zur Darstellung deutlich sichtbarer Informationen zu Verfügung gestellt, welches durch einen technologisch leicht realisierbaren Aufbau eine kostengünstige Herstellung gewährleistet und sich dabei durch hohe Zuverlässigkeit und Bildqualität auszeichnet.
Die Erfindung soll anhand eines Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt
Fig. 1 den schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Anzeigeelementes .
Das aktive Anzeigeelement auf flüssig-kristalliner Basis besteht .it's dem bekannten Schichtaufbau: Glasplatte 1a-transpa-
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ZCIfJtS 5
rente Elektroden 2a-0rientierungsschicht 3-Flüssigkristall 4-0rientierungs3chicht 3-transparente Elektroden 2b-Glasplatte 1b, Zur Matrixbildung sind die transparenten Elektroden 2a und b streifenförmig und senkrecht zueinander liegend ausgebildet. Das Anzeigeelement besteht desweiteren aus einer Beleuchtungseinrichtung 5 zum seitlichen Einstrahlen von linear polarisiertem Licht 8 in die Glasplatte 1a und ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall ein ferroelektrischersmektischer Flüssigkristall 4 ist und daß auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Flüssigkristallzelle eine lichtstreuende Schicht 6 angeordnet ist. Der ferroelektrischesmektische Flüssigkristall 4 ist so orientiert, daß die Moleküllängsachsen im optisch geschlossenen Zustand senkrecht zur Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes 8 liegen. Die Funktion des Anzeigeelementes basiert auf der Grundlage einer steuerbaren Totalreflexion unter Ausnutzung einer elektrisch induzierten Brechungsindexänderung. Die Beleuchtungseinrichtung 5 ist so justiert, daß das polarisierte Licht an einer Seite in die Glasplatte 1a einfällt und die gesamte Grenzfläche zwischen der Orientierungsschicht 3 und dem Flüssigkristall 4 ausstrahlt. Die Orientierungsschichten 3 aus SiO führen zu einer definierten Ausgangsorientierung, bei der die Moleküllängsachsen des Flüssigkristalls 4 senkrecht zur Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes 8 liegt (entspricht Brechungsindex η ). Durch Anregung mit einem elektrischen Feld werden die Flüssigkristallmoleküle umorientiert, was die Xnderung des Brechungsindexes auf den Viert η zur Folge hat. Der Einstrahlungsv/inkel <* wird so ausgewählt, daß er im Ausgangszustand, also bei η , geringfügig oberhalb des Grenzwinkls der Totalreflexion /3 an der Grenzfläche Orientierungsschicht 3-Flüssigkristall 4 liegt und der Lichtstrahl entsprechend dem Strahlenverlauf I total reflektiert wird. Durch Umorientierung
wird η des Flüssigkristalls 4 erzeugt. Da η 7 η ist, vere e ο
größert sich auch der Grenzwinkel der Totalreflexion β an der genannten Grenzfläche, so daß der Einstrahlwinkelo( nun unter-
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halb dieses Grenzwinkels /3 liegt und der Lichtstrahl entsprechend dem Strahlenverlauf II in den Flüssigkristall 4 hineingebrochen wird und anschließend durch die lichtstreuende Schicht 6 in alle Richtungen des Halbraumes vor der Glasplatte 1b gestreut wird. Die Glasplatte 1b kann auch durch eine erhöhte Oberfflächenrauheit oder andere Verfahren selbst lichtstreuend sein, \-">d.urch die lichtstreuende Schicht 6 entfallen kann. Die Schichtdicke der Flüssigkristallschicht 4 beträgt 2 \xm und wird durch Abstandshalter 7 eingestellt. Für großflächige Anzeigeelemente ist es günstig, die Abstandshalter 7 nicht nur an der Peripherie des Bauelementes sondern auch in der Mitte zu positionieren. Um zu verhindern, daß diese Abstandshalter 7 bei zu großen Abmessungen au stcre? den Licntpunkten auf der Anzeige führen, wird dafür niedrig brechendes Material verwendet, damit an diesen Stellen Totalreflexion auftritt. Ideal für die Funktionsweise wäre hierbei -iie Anwendung eines ferroelektrischen-smektischen Flüssigkristalls 4 mit einem theoretischen Tiltwinkel von 45 . Der verwendete ferroelektrische-smektische Flüssigkristall 4, der einen Tiltwinkel kleiner 45° aufweist, führt dazu, daß im angeregten Zustand nur ein Teil des eingestrahlten polarisierten Lichtes 8 in den Flüssigkristall 4 hineingebrochen und auf der Anzeige abgebildet wird. Der andere Teil des eingestrahlten polarisierten Lichtes 8 wird wie im optisch geschlossenen Zustand an der Grenzfläche Orientierungsschicht 3-Flüssigkristall 4 reflektiert. Dies hat nur eine Intensitätssenkung der abgebildeten Information zur Folge; die Funktionsweise v/ird davon nicht beeinträchtigt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden für die einzelnen Elemente die in Tabelle 1 aufgeführten Materialien eingesetzt.
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Ut ftf
Glasplatten 1a, b BK 7 1,52
transparente Elektroden 2a, b ITO 2,00
Orientierungsschicht 3 SiO 1,90
Flüssigkristall U ferroelektr.- 1,455/1,625
smektische
Phase
Abstandshalter 7 SiO0 1,44
C.
Das beschriebene Anzeigeelement ist zur Informationsdarstellung durch Realisierung von Segment-, Voll- oder Matrixanzeigen auf den verschiedensten Gebieten anwendbar. Die spezifischen Vorteile der Erfindung liegen /or allem im aktiven Charakter, wodurch die Anzeigen unabhängig vom Umgebungslicht ist, in der verbesserten Bildqualität, die durch ein hohes Auflösungsvermögen gekennzeichnet ist, in den sehr geringen Schaltzeiten, und in der hohen Multiplexrate. Dadurch ist die Möglichkeit für den Aufbau großflächiger Anzeigeelemente gegeben. Das aktive /erroelektrisch-smektische Anzeigeelement zeichnet sich desweiteren durch einen technologisch einfachen Aufbau und eine kostengünstige Herstellung aus. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Anzeigeelementes besteht darin, daß keinerlei Kontrastschwankungen der dargestellten Information infolge vorhandener Schichtdickeninhomoßenitäten auftreten.
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Claims (2)
- Patentansprüche1. Aktives Anzeigeelement auf flüssig-kristalliner Basis, bestehend aus einer Flüssigkristallzelle mit dem Aufbau: Glasplotte-transparente Elektroden-Orientierungsschicht-Flüssigkristall-Orientierungssenicht-transparente Elektroden-Glasplatte , wobei die transparenten Elektroden als Segment-,Voll-oder Matrixanzeige ausgebildet sein können, sowie aus einer Beleuchtungseinrichtung zum seitlichen Einstrahlen von linear polarisiertem Licht in die hintere, dem Betrachter abgewandte, Glasplatte, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall ein ferroelektrischer-smektischer Flüssigkristall (4) ist und daß auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Flüssigkristallzelle eine lichtstreuende Schicht (6) angeordnet ist.
- 2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der ferroelektrische-smektische Flüssigkristall (4) so orientiert ist, daß die Moleküllängsachsen im optisch geschlossenen Zustand senkrecht zur Polarisationsrichtung des eingestrahlten Lichtes (8) liegen.- Hierzu 1 Blatt Zeichnung -
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