DE2345794C2

DE2345794C2 - Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung

Info

Publication number: DE2345794C2
Application number: DE2345794A
Authority: DE
Inventors: Osamu Narashino Chiba Nagasaki
Original assignee: Seikosha KK
Current assignee: Seikosha KK
Priority date: 1972-09-11
Filing date: 1973-09-11
Publication date: 1982-10-21
Also published as: JPS4946954A; CH1295073A4; US3900248A; GB1396846A; FR2199425A5; DE2345794A1; CH610471B5

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit zwei lichtdurchlässigen Elektrodenplatten, auf deren benachbarten Oberflächen Elektroden ausgebildet sind und zwischen denen ein dichroitisches oder einen dichroitischen Farbstoff enthaltendes Flüssigkristallmaterial angeordnet ist, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung dieser Art (»Electro-Technology« 1970, Seiten —50) wird der Anteil des einfallenden L.ichts absorbiert, dessen elektrischer Vektor parallel zu der Richtung der Längsachse der dichroitischen Moleküle verläuft. Derjenige Anteil des einfallenden Lichts, dessen elektrischer Vektor senkrecht zu der Richtung der Längsachse der dichroitischen Moleküle verläuft, wird dagegen nicht absorbiert. Bei einer Änderung der Orientierungsstruktur der Moleküle um 90° tritt ebenfalls mindestens die Hä'fte des auffallenden Lichts durcii die Zelle hindurch, weil dann der Anteil des Lichts nicht absorbiert wird, dessen elektrischer Vektor nach der Umschaltung senkrecht zu der Längsachse der Moleküle des dichroitischen Farbstoffs verläuft. Zur Erhöhung des !Contrasts der Anzeige w?re es deshalb wünschenswert, den durch diesen Pola~isationseffekt bedingten Lichtverlust zu verringern.

Es sind ferner Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtungen bekannt, die aus mehreren hintereinander angeordneten Zellen mit unterschiedlichen Flüssigkristallmaterialien bestehen, vor denen eine Polarisatorplatte angeordnet ist (DE-OS 20 46 566). Bei dieser Anordnung ergeben sich jedoch noch größere, den Kontrast verringernde Lichtverluste, zumal die einzelnen Zellen als Farbfilter wirken.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß durch Verringerung des Lichtverlusts ein verbesserter Kontrast der Anzeige erzielt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie durch den Gegenstand des Patentanspruchs 2 gelöst.

Mit einer derartigen Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung kann ein wesentlich verbesserter Kontrast bei der Anzeige von Ziffern oder dergleichen Symbolen erzielt werden, weil in dem einen Teilbereich praktisch das gesamte einfallende Licht absorbiert wird, während in den übrigen Teilbereichen praktisch das gesamte auffallende Licht hindurchtreten kann.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2A und 2B sowie F i g. 3A und 3B einen F i g. 1 entsprechenden vergrößerten Teilschnitt zur Erläuterung der unterschiedlichen Orientierungsstrukturen der Moleküle des einen dichroitischen Farbstoff enthaltenden Flüssigkristallmaterials und

Fig.4 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiels einer Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung gemäß der Erfindung.

Die in Fig. I dargestellte Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung enthält zwei Elektrodenplatten 1,2, welche aus einem durchsichtigen Material wie Glas gefertigt sind. Elektroden 3 und 4 sind jeweils auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektrodenplatten 1 und 2 beispielsweise durch Vakuumverdampfung von oxidiertem Zinn aufgedampft. Die elektrisch leitende Elektrode 3 bildet eine Ziffer, einen Buchstaben oder ein sonstiges Symbol. Das Flüssigkristallmaterial 5 ist zwischen den Elektrodenplatten 1, 2 angeordnet. Das Flüssigkristallmaterial ist dichroitisch oder enthält einen

bo dichroitischen Farbstoff 6. Zum Ausrichten der Längsachsen der Flüssigkristallmoleküle wird die innere Oberfläche wenigstens einer der Elektrodenplatten in einer Richtung mit einem mit einer schwachen Lecithinlösung angefeuchteten Tuch gerieben. Durch

M diese Behandlung wird erreicht daß die Flüssigkristallmoleküle 5a sowie die Farbstoffmoleküle 6a sich senkrecht zu den Elektrodenplatten 1 und 2 ausrichten, wie in F i g. 2A dargestellt ist, solange kein elektrisches

Feld anliegt. Wenn dagegen ein elektrisches Feld angelegt wird, werden die Materialien parallel zu den Elektrodenplatten 1 und 2 ausgerichtet, wie in F i g. 2B gezeigt ist.

Das dichroitische Flüssigkristallmaterial kann Azo- oder Farbstoff Azoxyderivate als zentrale Gruppe enthalten.

Ein Beispiel eines Flüssigkristallmaterials mit einem Farbstoff ist eine Verbindung aus

30%

70% C₂H₅< O >CHN

1 bis 10% eines dichroitischen Farbstoffs, wie Phenolblau oder Methylrot, werden dieser Verbindung zugesetzt.

Ein weiteres Beispiel eines Flüssigkristallmaterials mit einem Farbstoff ist eine Verbindung aus

60%

40% CH₃O

C H N

C₄H,

1 bis 10% eines dichroitischen Farbstoffs werden dieser Verbindung zugesetzt.

Ein weiteres Flüssigkristallmaterial, welches ein im Vergleich zu F i g. 2 entgegengesetztes Verhalten aufweist, zeigt das Ausführungsbeispiel in Fig.3.

Wenn in diesem Ausführungsbeispiel die innere Oberfläche einer der Elektrodenplatten gerieben wird, beispielsweise mit einem Baumwolltuch, richten sich die Flüssigkristallmoleküle 56 sowie die Farbstoffmoleküle 6ύ parallel zu den Elektrodenplatten 1 und 2 aus (F i g. 3A), wenn kein elektrisches Feld anliegt. Es erfolgt dagegen eine Ausrichtung senkrecht zu den Elektrodenplatten (F i g. 3B), wenn ein elektrisches Feld anliegt.

Bei Beispiel des in diesem Falle verwendeten Flüssigkristallmaterials ist eine Verbindung aus

40%

50%

CHN

C₄H₉

10%

1 bis 10% eines dichroitischen Farbstoffs werden dieser Verbindung zugesetzt.

Ein Viertelwellenlänge-Plättchen 7 ist angrenzend an die Außenseite der Elektrodenplatte 2 angeordnet, hinter der eine lichtreflektierende Schicht 8 vorgesehen ist. An Stelle von Viertelwellenlänge-Plättchen 7 kann

auch ein (η Λ )π-Wellenlänge-Plättchen verwendet

werden, wobei η eine ganze Zahl ist. Als Schicht 8 kann versilbertes Spiegelglas oder weißes Papier verwendet werden.

Fig.4 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Erfindung. Die Elektrodenplatten 9 und 10, die Elektroden U und 12 sowie das Flüssigkristallmatcrial 13, das einen Farbstoff enthält, sind wie bei der Ausführungsform in F i g. 1 ausgebildet. Ein Halbwellenlänge-Plättchen 14 ist angrenzend an die Außenseite der Elektrodenplatte 10 angeordnet Auf der rechten Seite des Halbwellenlänge-Plättchens 14 ist eine zweite Vorrichtung der gleichen Art mil Elektrodenplatten 15 und 16, Elektroden 17 und 18 sowie mit einem Flüssigkristallmaterial 19 angeordnet- Anstelle eines Halbwellenlänge-Plättchens 14 kann auch ein

(n + — ).t- Wellenlänge-Plättchen

verwendet werden.

Die Wirkungsweise der F i g. 1 gezeigten Anzeigeeinrichtung soll im folgenden erläutert werden.

Wenn das Flüssigkristallmaterial 5 das Verhalten entsprechend Fig.2 zeigt, sind die Flüssigkristallmoleküle Sa ohne elektrisches Feld senkrecht zu den Elektrodenplatten 1 und 2 ausgerichtet (F i g. 2A). Wenn Licht in Richtung des Pfeils L einfällt, wird dieses Licht von den Molekülen 5a nicht absorbiert. Das Licht geht durch das Viertelwellenlänge-Plättchen 7 in umgekehrter Richtung hindurch und gelangt abermals durch das Flüssigkristalimaterial 5. Es tritt aus der Elektrodenplaite 1 in Richtung des Pfeils L' aus. Da die Bereiche, die keinem elektrischen Feld ausgesetzt sind, das Licht hindurchtreten lassen, erscheint das Licht nahezu farblos. In den einem elektrischen Feld unterworfenen Bereichen sind andererseits die Moleküle 5a parallel zu den Elektrodenplatten und in der Reibrichtung ausgerichtet, so daß der Teil des Strahlenbündels des einfallenden Lichts, dessen elektrischer Vektor in Richtung der Längsachsen der Moleküle 5a verläuft, absorbiert wird. Der Rest des Strahlenbündels, dessen elektrischer Vektor senkrecht zu der Längsachse der Moleküle 5a verläuft, geht durch die Elektrodenplatten 1, das Flüssigkrislallmaterial 5 und die Elektrodenplatte 2 hindurch. Anschließend wird der elektrische Vektor des Lichts von dem Viertelwellenlänge-Plättchen 7 so geändert, daß er zirkulär polarisiert ist Das Licht wird von der Schicht 8 reflektiert und geht anschließend abermals durch das Viertelwellenlänge-Plättchen 7 hindurch, wobei der elektrische Vektor abermals geändert wird. Dies führt im Ergebnis dazu, daß der elektrische Vektor des Lichts insgesamt um 90° geändert wird, so daß die Richtung des elektrischen Vektors mit der Richtung der Längsachsen der Moleküle 5a übereinstimmt. Es erfolgt daher bei diesem Durchgang eine Absorption desjenigen Anteils des Lichts, der vorher nicht absorbiert wurde. Wenn ein dichroitischer Farbstoff 6 mit einer Breitband-Charakteristik verwendet wird, erfolgt nahezu eine vollständige Absorption des einfallenden Lichts. Die Bereiche, an denen das elektrische Feld anliegt, sehen schwarz oder zumindest sehr dunkel aus. Die betreffenden Symbole werden deshalb mit einem starken Kontrast sehr klar angezeigt

Wenn ein Flüssigkristalimaterial mit dem in F i g. 3 gezeigten Verhalten verwendet wird, ergibt sich ein umgekehrter Kontrast Die Bereiche, an denen kein elektrisches Feld anliegt, erscheinen schwarz oder dunkel, da das einfallende Licht nahezu absorbiert wird, wählend die Bereiche, an denen ein elektrisches Feld anliegt, transparent und farblos erscheinen, da hier das Licht nicht absorbiert wird.

Im folgenden soll die Wirkungsweise der in Fig.4 gezeigten Anzeigeeinrichtung beschrieben werden.

Wenn kein elektrisches Feld anliegt, verlaufen die Längsachsen der Moleküle 5b des Flüssigkristallmaterials sowie die Moleküle %b des Farbstoffs parallel zu den Elektrodenplatten 9,10,15 und 16. Das Licht, dessen elektrischer Vektor in Richtung der Längsachsen der Moleküle verläuft, wird absorbiert, während das restliche Licht durch das Flüssigkristallmaterial hindurchgeht Der elektrische Vektor des Lichts wird bei einem Durchgang durch das Halbwellenlänge-Plättchen 14 um 90° gedreht. Der restliche Teil des Lichts wird von dem Flüssigkristallmaterial 19 absorbiert, da die Richtung des elektrischen Vektors des Lichts nun mit der Richtung der Längsachse der Moleküle übereinstimmt. Wenn ein geeigneter Farbstoff der beschriebenen Art verwendet wird, wird das einfallende Licht nahezu vollständig absorbiert, und die Bereiche erscheinen schwarz oder zumindest dunkel. Es ergibt sich deshalb ein deutlicher Kontrast.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit zwei lichtdurchlässigen Elektrodenplatten (1,2), auf deren benachbarten Oberflächen Elektroden (3, 4) ausgebildet sind und zwischen denen ein dichroitisches oder einen dichroitischen Farbstoff enthaltendes Flüssigkristallmaterial angeordnet ist, durch das der Anteil des einfallenden Lichts absorbiert wird, dessen elektrischer Vektor parallel zu der Richtung der Längsachse der dichroitischen Moleküle verläuft, und wobei die Orientierungsstruktur der Moleküle innerhalb eines zwischen den Elektroden erzeugbaren elektrischen Felds zwischen einer zu den Elektrodenplatten senkrechten und einer zu diesen parallelen Orientierungsstruktur umschaltbar und in dem Schaltzustand plattenparalleler Orientierung durch die Reibrichtung wenigstens einer der Elektrodenplatten bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an die Außenseite einer der Elektrodenplatten (1, 2) ein vt/4-Plättchen (7), das senkrecht zur Reibrichtung polarisiertes Licht in zirkulär polarisiertes Licht umwandelt, und dahinter eine lichtreflektierende Schicht (8) angeordnet ist

2. Flüssigkristall-Anzeigeeinrichtung mit zwei lichtdurchlässigen Elektrodenplatten (1,2), auf deren benachbarten Oberflächen Elektroden (3, 4) ausgebildet sind und zwischen denen ein dichroitisches oder einen dichroitischen Farbstoff enthaltendes Flüssigkristallmaterial angeordnet ist, durch das der Anteil des einfallenden Lichts absorbiert wird, dessen elektrischer Vektor parallel zu der Richtung der Längsachse der dichroitischen Moleküle verläuft, und wobei die Orientierungsstruktur der Moleküle innerhalb eines zwischen den Elektroden erzeugbaren elektrischen Felds zwischen einer zu den Elektrodenplatten senkrechten und einer zu diesen parallelen Orientierungsstruktur umschaltbar und in dem Schaltzustand plattenparalleler Orientierung durch die Reibrichtung wenigstens einer der Elektrodenplatten bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der oben definierten Vorrichtung mit zwei Elektrodenplatten und dazwischen befindlichem Flüssigkristallmaterial eine zweite Vorrichtung der gleichen Art mit gleicher Reibrichtung nachgeordnet ist, und daß zwischen den beiden Vorrichtungen ein /ί/2-Plättchen (14) angeordnet ist, das die Polarisationsrichtung von senkrecht zur Reibrichtung polarisiertem Licht um 90° dreht.