DD292601A7

DD292601A7 - Verfahren zum ansteuern einer fluessigkristallzelle

Info

Publication number: DD292601A7
Application number: DD30185887A
Authority: DD
Inventors: Bernd Brauer
Original assignee: Zentralinstitut Fuer Elektronenphysik,De
Priority date: 1987-04-15
Filing date: 1987-04-15
Publication date: 1991-08-08
Also published as: DE3812463A1

Abstract

Ziel der Erfindung ist ein schnell schaltbares Fluessigkristall-Anzeigeelement. Die Aufgabe besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Ansteuerung von Fluessigkristall-Anzeigeelementen mit nematischen Fluessigkristallen, durch das die Zeit fuer die Transmissionsaenderung verkuerzt wird, und das auch die Verwendung nematischer LC-Substanzen fuer die Anwendung in schnellen Ausgabedisplays und optischen Schaltern gestattet. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dasz das im feldfreien Zustand apolare Fluessigkristallmedium durch ein elektrisches Feld in einen polaren Zustand versetzt wird und durch einen nachfolgenden Impuls als polares Medium geschaltet wird.{Fluessigkristallzelle; Anzeigeelement; optischer Schalter; Ansteuerverfahren; Transmissionsaenderung; nematischer Fluessigkristall; kurze Schaltzeit; Polarisation; elektrisches Feld}

Description

Dieses Ansteuerverfahren kann für beliebige Flüssigkristall-Displays genutzt werden und ist nicht auf die Anwendung der technologisch schwer beherrschbaren ferroelektrischen smektischen Effekte angewiesen. Es können sowohl chromatische Effekte (wie die Interferenzerscheinungen bei deformierten aufgerichteten und liegenden Phasen oder bei verdrillten Phasen in einer Polarisatoranordnung ungleich 90°), als auch achromatische Effekte (wie die verdrillte nematische Phase bei 90° Polarisatoranordnung) durch den FIOP-Effekt beeinflußt werden. Die technologisch herzustellenden Tiltwinkel des Moleküldirektors können zwischen 0° (planar) und 90° (homöotrop) liegen und sie können an beiden Elektroden unterschiedlich

In einer Ausgestaltung der Erfindung können elektrooptische Anordnungen auf der Basis des FIOP-Effektes durch Mischungen von nematischen und cholesterinischen Substanzen, sowie nematischen Substanzen und dichroitischen Farbstoffen aufgebaut werden. Auch der spannungsinduzierte cholesterisch-nematische Phasenübergang läßt sich durch diesen polaren Effekt

beeinflussen.

Das resultierende polare Moment der Moleküle kann einen Winkel von 0° bis 90° zur Molekülachse einschließen.

Ausführungsbeispiel

Eine LC-ZeIIe üblicher Bauart vom TNP-Typ wird erfindungsgemäß an einen Impulsgenerator angeschlossen, der eine mäanderförmige symmetrische Impulsfolge abgibt. Wählt man z.B. eine Folgefrequenz von U = 10 V/50 Hz, so beobachtet man mit einem SEV eine Transmissionsänderung von 50Hz.

In einem zweiten Beispiel wird eine TNP-ZeIIe mit einem asymmetrischen Impulssignal von 50V/60ps (z. B. einer Zeilenansteuerzeit) angesteuert und eine optische Transmissionsänderung erreicht. In der verbleibenden Zeit von 25msec wird ein Kompensationssignal angelegt, welches die Flüssigkristalle nicht anregt, aber die Gleichspannungsfreiheit garantiert. Abb. 1 In einem dritten Beispiel wird eine sog. Hybridstruktur verwendet, bei der die Moleküle an der einen Substratfläche parallel zu der Oberfläche orientiert sind, an der gegenüberliegenden Oberfläche aber senkrecht zur Oberfläche. Die Zelle wird in einer Stellung von 45° zwischen gekreuzten Polarisatoren angeordnet und mit einer symmetrischen Rechteckspannung von 10V 200Hz betrieben. Die optische Transmissionsänderung ist in diesem Beispiel besonders groß. Abb.2

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristallzelle vom nematischen Typ, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden der Flüssigkristallzelle ein elektrisches Feld angelegt wird, wodurch das im feldfreien Zustand apolare Flüssigkristallmedium in einen polaren Zustand überführt wird, und daß eine nachfolgend angelegte Schaltspannung die Flüssigkristallsubstanz als polares Medium beeinflußt.

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Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein schnell schaltbares optisches Bauelement auf der Basis elektrooptischer Effekte in Flüssigkristallen. Diese Effekte werden für die unterschiedlichsten Anwendungen genutzt, z. B. in optischen Informationswiedergabevorrichtungon und optischen Schaltern. _N

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Seit den Untersuchungen von R. 8. Meyer, Phys. Rev. Lett. 22 (1969) 918 und R. B. Meyer, L. Lieben, L. Stryelecki, P. Keller, J. Phys. Lett. 36 (1975) 69 wird die Möglichkeit ferroelektrischer Phasen in flüssigkristallinen Zuständen diskutiert. Mit dem Patent von N. A. Clark und S.T₄ Lagerwall (USA PS 4367924) wird die Anwendung chiraler smektischer C- und Η-Phasen in elektrooptischen Anzeigesystemen beschrieben. Das Patent nutzt die polaren Eigenschaften dieser flüssigkristallinen Phasen. Damit erg".⁵:; -.ich die Möglichkeit, sowohl die Anklingzeit als auch die Abklingzeit durch das anliegende Feld aktiv zu beeinflussen. Bei der Behandlung der nematischen Phase wird im allgemeinen von Rotations- und Spiegel-Symmetrien des Moleküldirektors im Volumen ausgegangen. Folgedessen kann man nicht zwischen den beiden Molekülenden unterscheiden (n = -n). Alle bekannten Ansteuerverfahren basieren darauf, daß das nematische Volumen nur über die Anisotropie der Dielektrizitätskonstanten beeinflußt werden kann. Das bedeutet, daß die Orientierungsänderung des Moleküldirektors und damit die Änderung der optischen Eigenschaften proportional dem zeitlichen Mittelwert des Spannungsquadrates ist. Diese Effektivwertansteuerung ist die Basis für die derzeitigen Ansteuerverfahren bei nematischen Flüssigkristallsubs'anzen. Es gibt Hinweise auf mögliche ferroelektrische Eigenschaften (G.H. Heilmeir, J. Chem. Phys. Vol. 44 [1966) No.2,644-647, die aber wegen der hohen Leitfähigkeit der verwendeten Substanzen und der damit auftretenden elektrochemischen Reaktionen angezweifelt werden.

Des weiteren ist eine Arbeit (G. Durand, Rev. Phys. Appl.21 [1986] 669-672) bekannt geworden, in ο 3r polare Oberflächeninstabilitäten im nematischen Medium beschrieben werden.

Theoretische Untersuchungen von W. Mayer und G. Meier in Z. Naturf. 16A (1961) 262-267 erklären das dielektrische Verhalten nematischer Substanzen im Frequenzgebiet von 10OkHz bis zum Dispersionsgebiet bei höheren Frequenzen. Danach setzt sich die Dielektrizitätskonstante aus einem dielektrischen Anteil, der von der Verschiebung jpofarisation kommt, und einem Orientierungspolarisationsanteil, der die Folge eines permanenten Dipolmomentes ist, zusammen. Es werden zwei Dispersionsstufen vorausgesagt. Eine Dispersion ist mit der Rotation des permanenten Moments um die Molekülachse, eine zweite sehr niederfrequente mit der Rotation um die Querachse verbunden. Die Rotation um die Querachse ist aber die Basis für elektro-optische Effekte.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein schnell schaltbares optisches Flüssigk'istall-Anzeigeelement.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung von Flüssigkristall-Anzeigeelementen mit nematischen Flüssigkristallen anzugeben, durch das die Zeit für die Transmissionsänderung verkürzt wird, und das die Anwendung dieser LC-Substanzen auch in schnellen Ausgabedisplays und optischen Schaltern gestattet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das im feldfreien Zustand wegen der Kompensation der Dipolmomente der einzelnen LC-Moleküle apolare Flüssigkris'allmedium durch ein niederfrequentes elektrisches Feld oberhalb der Schwellfeldstärke des Freederickszüberganges in einen polaren Zustand überführt wird (Feldinduzierte Orientierungspolarisation FIOP) und durch eine nachfolgende Spannung, z. B. einen Impuls als polares Medium beeinflußt wird. Bei Änderung der Richtung des anliegenden Feldes steht dem äußeren Feld ein entgegengesetzt polarisiertes Molekülfeld gegenüber. Die Rückrelaxation, die normalerweise durch eine äußere Spannung nicht beeinflußt werden kann, läßt sich jetzt durch das äußere Feld beschleunigen. Das führt im periodischen Betrieb zu einer drastischen Verringerung der Schaltzeiten. Schaltet man das äußere Feld längere Zeit auf OV, so relaxiert der polare Zustand wieder in den apolaren Zustand. Schaltet man auf eine Frequenz, bei der der Moleküldirektor den Änderungen des Feldes nicht mehr folgen kann, so stellt sich für die Orientierung der quadratische Mittelwert ein. Periodische niederfrequente Signale frischen den Polarisationszustand ständig auf und durch die Gegenphasigkeit von äußerem Feld und Polarisationsvektor ist eine schnelle optische Informationsverarbeitung möglich.