DE10393520T5

DE10393520T5 - Ein cholesterisches Schwarzweiß-Farbe-Flüssigkristalldisplay

Info

Publication number: DE10393520T5
Application number: DE10393520T
Authority: DE
Inventors: Daniel Los Altos Hills Lenehan; David Cupertino Chung
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2023-09-27
Also published as: GB2408623A; GB2408623B; TWI276866B; US20050185123A1; JP4545590B2; CN1714312A; DE10393520B4; US7880837B2; WO2004036304A1; JP2006518470A; US20040075794A1; US6909484B2; GB0506400D0; CN100380221C; KR20050067187A; TW200408867A; AU2003282880A1; KR100726923B1; US20100014038A1; US7595856B2

Abstract

Cholesterisches Display, das folgendes umfaßt:
ein Paar von gegenüberliegenden Substraten;
ein cholesterisches Material zwischen den Substraten;
ein erstes Paar von allgemein parallel zu den Substraten ausgerichteten Elektroden und
mehrere zweite Elektroden, die im allgemeinen quer zu den Substraten angeordnet sind, um ein Pixel, das drei Teilpixel umfaßt, zu definieren.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flüssigkristalldisplays und insbesondere cholesterische Displays.
Üblicherweise kann Flüssigkristallmaterial modelliert werden, um ein Display zu erzeugen. Bei herkömmlichen Flüssigkristalldisplays werden üblicherweise Twisted-Nematic-(tn)-Flüssigkristallmaterialien mit einem Paar von Zuständen verwendet, die einfallendes Licht unterschiedlich durchlassen oder reflektieren können. Während Twisted-Nematicdisplays reflektierend oder transmittierend sein können, sind cholesterische Displays üblicherweise reflektierend (sie können aber auch transmittierend sein).
Bei cholesterischen Displays weist das cholesterische Material eine sehr hohe optische Aktivität auf. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial schaltet zwischen einer reflektiven Textur, die als die planare cholesterische Textur bezeichnet wird, und der transparenten Konfiguration mit der fokal-konischen Textur um. Die cholesterischen Moleküle nehmen eine helixförmige Konfiguration an, wobei die Helixachse senkrecht zu der Oberfläche der Substrate verläuft.
Die cholesterischen Flüssigkristallmoleküle richten sich als Reaktion auf ein elektrisches Feld als eine planare Textur mit der optischen Achse aus, wobei sie Licht mit einer bestimmten Wellenlänge reflektieren. Allgemein liegt die größte Reflexion bei der planaren cholesterischen Textur bei einer Wellenlänge direkt proportional zum Teilungsabstand des Materials. λ0 = n·p (wobei p = Teilungslänge, n = (n∥⁣ + n⊥)/2)
Herkömmlicherweise wird in der Richtung der optischen Achse ein elektrisches Feld angelegt, um die Phase und die Textur des cholesterischen Materials zu ändern. Diese Änderungen sind jedoch im allgemeinen in der Form, daß das Material entweder für das Spektrum von Licht einer gegebenen Wellenlänge reflektierend ist oder überhaupt kein Licht reflektiert.
Somit kann eine gegebene fertiggestellte cholesterische Flüssigkristallzelle reflektiertes Licht mit einer spezifischen Farbe wie etwa rot, grün oder blau erzeugen, aber keiner Kombination aus diesen. Der herkömmliche Ansatz besteht deshalb darin, für jede der Primärfarben (z.B. rot, grün und blau) getrennte cholesterische Displayelemente bereitzustellen. Diese getrennten Displayelemente können aufeinander gestapelt werden, um die gewünschte vollfarbige reflektierte Lichtabgabe zu erzeugen. Alternativ können die drei Elemente Seite an Seite plaziert werden und jeweils die gleiche Farbe anzeigen. Die drei verschiedenen Farben kann man durch Verwendung von Farbfiltermaterial erzielen.
Die Verwendung von Farbfiltermaterial reduziert die Displayhelligkeit wesentlich und erhöht die Gesamtkosten des Displays. Analog werden durch Verwendung von drei separaten Zellen in einem Stapel die Kosten des Displays effektiv verdreifacht. Gestapelte Elemente können sogar die optische Helligkeit jedes Displaypixels reduzieren.
Für viele tragbare Anwendungen sind bistabile reflektierende cholesterische Displays besonders vorteilhaft. Das bistabile Material ist deshalb vorteilhaft, da es in einen der beiden Zustände versetzt werden kann, die verschiedene optische Eigenschaften aufweisen. Wenn das Material in einen der beiden Zustände versetzt worden ist, bleibt es selbst dann in diesem Zustand, wenn der Strom abgeschaltet wird. Somit kann ein gegebenes angezeigtes Pixel ohne Auffrischung so lange in einem gegebenen Zustand verbleiben, bis die optischen Informationen, die angezeigt werden, geändert werden sollen. Durch den reflektierenden Charakter und weil somit die Notwendigkeit für eine Hintergrundbeleuchtung und außerdem die Notwendigkeit für eine Auffrischung vermieden werden, wird der Stromverbrauch des Displayteilsystems erheblich reduziert.
Es besteht deshalb ein Bedarf an Displays und insbesondere an bistabilen cholesterischen Displays, die mit niedrigeren Kosten hergestellt werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1 zeigt einen stark vergrößerten schematischen Querschnitt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine stark vergrößerte Draufsicht auf einen Teil der in 1 gezeigten Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine teilweise schematische Darstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform;
4 ist ein Diagramm, das ein bistabiles cholesterisches Display in einer Aktivmatrixdisplayanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
5 ist eine bistabile cholesterische Displayzelle in einer Passivmatrixdisplayanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein cholesterisches Display bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein bistabiles cholesterisches Material 16 enthalten. Das Material 16 ist zwischen zwei Substraten 12 und 24 geschichtet. Das Substrat 24 ist vorteilhafterweise im wesentlichen transparent und kann herkömmlicherweise aus Glas mit einer absorbierenden Unterschicht wie etwa Rußschwarz sein. Das Substrat 24 kann transparent oder nichttransparent sein. Das Substrat 24 kann aus einer Vielfalt von Materialien hergestellt sein. Bei einer Ausführungsform können die Substrate 12 und 24 transparente Elektroden 14 und 22 enthalten. Die transparenten Elektroden 14 und 22 können bei einer Ausführungsform aus Indium-Zinnoxid (ITO) bestehen.
Zwischen den Substraten 12 und 24 ist eine seitliche Elektrode 26b und eine gegenüberliegende seitliche Elektrode 26c eingeschlossen, der wiederum eine seitliche Elektrode 26d gegenüberliegt. Zwischen der Elektrode 26 und dem Substrat 24 befindet sich ein Material 20. Bei einer Aktivmatrixausführungsform kann es sich bei dem Material 20 um einen Dünnfilmtransistor oder ein anderes aktives Element zum Ansteuern des eigentlichen Displays handeln. Bei einer Passivmatrixausführungsform kann es sich bei dem Material 20 um einen Zeilen- oder Spaltenkontakt oder eine Zeilen- oder Spaltenelektrode handeln.
Ein in 2 gezeigtes Display 10 kann aus mehreren Pixeln 40 gebildet sein, die in einem Gitterarray angeordnet sind. Jedes Pixel 40, wie etwa ein Pixel 42, kann in drei oder mehr Teilpixel 42a, 42b und 42c unterteilt sein. Bei einer Ausführungsform kann jedes Teilpixel 42 für das Erzeugen von Licht mit einer anderen Wellenlänge verantwortlich sein. Somit kann jedes Pixel 40 drei verschiedene Wellenlängen des Lichts erzeugen, wie etwa eine rote, grüne und blaue Wellenlänge.
Jedes Teilpixel 42 kann zwei Mengen gegenüberliegender Querelektroden 26 enthalten. So kann beispielsweise das Teilpixel 42a ein gegenüberliegendes Elektrodenpaar 26b und 26c und ein gegenüberliegendes Elektrodenpaar 26a und 26e aufweisen. Somit ist bei einer Ausführungsform der Erfindung das Pixel 40e in drei Teilpixel 42 mit etwa der gleichen Fläche unterteilt. In einigen Fällen können zwei verschiedene Teilpixel die Elektroden 26c, 26f und 26e gemeinsam haben. Beispielsweise ist die Elektrode 26c bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Elektrode für das Teilpixel 42a und das Teilpixel 42b.
Unter Bezugnahme auf 3 legen die Elektroden 14 und 22 ein elektrisches Feld entlang der optischen Achse O des Displays 10 an. Die optische Achse O ist auf die Richtung des einfallenden Lichts „L" ausgerichtet. Das auf die obere Oberfläche des Substrats 12 gerichtete Licht L tritt durch die obere Oberfläche und die Elektrode 14 hindurch und wird (oder wird nicht) von dem cholesterischen Material 16 reflektiert, wie durch den Lichtstrahl R angedeutet, damit das wahrgenommene Bild erzeugt wird. Da das Licht an der obersten oberen Oberfläche ankommt und von dort reflektiert wird, ist die optische Achse O im allgemeinen quer zu den Substraten 12 und 24 orientiert.
Auf herkömmliche Weise kann das von den Elektroden 14 und 22 entwickelte elektrische Feld verursachen, daß das bistabile cholesterische Material 16 zwischen der reflektierenden planaren cholesterischen Textur und der transparenten fokal-konischen Textur wechselt. Die Prozeduren zum Anlegen von Potentialen, damit das Auftreten dieser Übergänge bewirkt wird, sind in der Technik wohlbekannt.
Im allgemeinen kann ein elektrisches Feld durch eine Wechselspannungsquelle 30 angelegt werden, die elektrisch mit den Elektroden 14 und 22 verbunden ist. Wenn das cholesterische Material 16 bei einigen Ausführungsformen seine transparente Textur aufweist, wird das untere Substrat 24 sichtbar. Wenn das Material 16 seine planare cholesterische Textur aufweist, wird Licht mit einer gegebenen Wellenlänge reflektiert. Diese gegebene Wellenlänge wird im allgemeinen durch die Helixteilung des Materials 16 bestimmt. Bei herkömmlichen cholesterischen Displays ist diese Teilung definiert und festgelegt. Somit stellt bei herkömmlichen cholesterischen Displays jedes Displayelement entweder eine reflektierte Farbe bereit oder ist transparent und zeigt die Farbe des Substrats 22 an.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung legen die Elektroden 26 ein elektrisches Feld in Querrichtung zur optischen Achse O an. Bei einer Ausführungsform kann dieses elektrische Querfeld durch flache planare Elektroden 26 angelegt werden, die im allgemeinen quer zu den Elektroden 14 und 22 angeordnet sind.
Die Elektroden 26 können an ihr eigenes getrenntes Potenzial 32 gekoppelt sein. Die Elektroden 26 brauchen nicht transparent zu sein, können es aber.
Durch die Elektroden 26 kann die von den Elektroden 14 und 22 eingestellte Teilung variiert werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Elektroden 26, daß die festgelegte Teilung zwischen drei verschiedenen Teilungen variiert wird. Jede der verschiedenen Teilungen, die einem gegebenen Potential an den Elektroden 26 zugeordnet sind, können eine von drei verschiedenen Lichtfarben erzeugen. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform von einem einzelnen Displayelement 10 rotes, grünes und blaues Licht selektiv erzeugt werden.
Bei einigen Ausführungsformen können Elektroden mit gekrümmter Oberfläche wie etwa tellerförmige Elektroden mit im allgemeinen quer zur optischen Achse O verlaufenden Achsen verwendet werden. Die Seiten der gekrümmten Oberfläche der tellerförmigen Elektrode liefern das seitliche elektrische Feld (von 360°) quer zu dem auf die optische Achse O ausgerichteten elektrischen Feld.
Flüssigkristalle weisen Dipole auf, die sich in einem angelegten elektrischen Feld ausrichten. Durch diese Eigenschaft kann ein quer zur optischen Achse verlaufendes elektrisches Feld die Teilungslänge des Materials modifizieren.
Um die schwarze Farbe zu erzeugen, können die Teilungen des Materials in jedem Pixel 40 so kalibriert werden, daß sie kein sichtbares Licht reflektieren. Somit wird das Pixel 40 nach der Adressierung dunkel oder schwarz.
Um Licht zum Beispiel für ein Schwarzweißdisplay zu erzeugen, kann die Helix des Materials innerhalb jedes der Teilpixel 42 entsprechend abgeändert werden, um gleichzeitig separat rotes, grünes und blaues Licht zu erzeugen. Durch die komplementäre Reflexion dieser drei Farben wird ein Pixel 40 von der Farbe her insgesamt weiß. Somit kann jede Farbe erzeugt werden, indem eines der drei Teilpixel 42 aktiviert wird, und die Farbe weiß kann erzeugt werden, in dem alle Teilpixel 42 aktiviert werden. Wenn umgekehrt bei einer Ausführungsform keines der Teilpixel reflektierend ist, erscheint das Pixel 40 dunkel oder schwarz.
Die Geometrie der Teilpixel 42 ist einer erheblichen Variation unterworfen. Im allgemeinen ist es nur wünschenswert, daß die Teilpixel 42 bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnliche Flächen aufweisen.
Durch die Verwendung von Elektroden 26 kann ein mehrfarbiges Displaypixel mit nur einem einzelnen cholesterischen Displayelement hergestellt werden. Dadurch können erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden, indem die Notwendigkeit für drei verschiedene Displayelemente vermieden wird, die entweder seitlich voneinander versetzt oder aufeinander gestapelt sind. Wenn außerdem drei Displayelemente in einer seitlich versetzten Anordnung verwendet werden, werden im allgemeinen Farbfilterarrays benötigt, die die Kosten des Displays signifikant erhöhen würden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung reflektiert das Material 16, wenn es dem auf die optische Achse O ausgerichteten elektrischen Feld ausgesetzt wird, Licht in einer zentralen oder dazwischenliegenden Wellenlänge von etwa 560 Nanometern. Dann kann die Teilung über das durch die Elektroden 26 angelegte elektrische Feld geändert werden, damit entweder die reflektierte Wellenlänge beispielsweise auf 670 Nanometer erhöht oder die reflektierte Wellenlänge beispielsweise auf 450 Nanometer herabgesetzt wird. Dies ändert im Grunde die reflektierten Farben der Zelle oder des Elements.
Es können auch andere Variationen eingesetzt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist es möglicherweise effizient, bei nichtarbeitenden Elektroden 26 die Farbe rot oder die Farbe blau bereitzustellen und dann die Teilung zum Verstellen der reflektierten Wellenlänge nach oben oder nach unten unter Verwendung der Elektroden 26 abzustimmen. Es kann auch ein transmittierender Modus verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen können Teilungsänderungen dazu verwendet werden, verschiedene Wellenlängen des Spektrums einschließlich jener des Infrarotbereichs selektiv zu reflektieren und/oder durchzulassen.
Unter Bezugnahme auf 4 kann bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Aktivmatrixdisplay implementiert werden. In diesem Fall kann das Material 20 einen Dünnfilmtransistor oder ein anderes aktives Element darstellen. Bei einer Ausführungsform kann die Gateelektrode 22' des Dünnfilmtransistors an eine Leitung 36 gekoppelt sein, die wiederum an die Elektrode 22 gekoppelt ist. Gleichzeitig ist die Sourceelektrode des Transistors 20 über eine Leitung 38 an die Elektrode 14 gekoppelt. Die Drainelektrode 22'' kann bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über eine Leitung 40 an einen entsprechenden Masseanschluß gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann ein externer Speicherkondensator 34 vorgesehen sein.
Analog kann bei einer in 5 gezeigten Ausführungsform mit Passivmatrixdisplay die Elektrode 14 an ein Spaltenpotential und die Elektrode 22 an ein Zeilenpotenzial gekoppelt sein. In diesem Fall einer Passivmatrixadressierung wird kein Dünnfilmtransistor benötigt, um für eine elektrische Adressierung mit Zeilen- und Spaltenpotentialen an dem Material 20 zu sorgen.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im Hinblick auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann zahlreiche Modifikationen und Variationen davon. Die beigefügten Ansprüche sollen alle diese Modifikationen und Variationen abdecken, die innerhalb des wahren Gedankens und Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Zusammenfassung
Ein cholesterisches Display (10) kann bei einigen Ausführungsformen unter Verwendung eines einzelnen Displayelements ausgebildet werden, um mehrere Farben für das Display zu erzeugen. Ein cholesterisches Material (16) kann zwischen ein Paar von Substraten (12, 14) geschichtet werden, die jeweils Paaren von gegenüberliegenden Elektroden (14, 22, 26) zugeordnet sind, die im allgemeinen quer zu der optischen Achse (O) von einfallendem Licht angeordnet sind. Das erste Paar Elektroden (14, 22) erzeugt einen von zwei Flüssigkristallzuständen und führt zu der Reflexion von Licht mit einer bestimmten Wellenlänge. Licht mit anderen Wellenlängen kann reflektiert werden, wenn ein zweites Paar (oder eine zweite Menge) von im allgemeinen ebenfalls quer zu der optischen Achse von einfallendem Licht angeordneten gegenüberliegenden Elektroden (26b, 26c) ebenfalls entsprechend vorgespannt ist. Das gilt auch für ein drittes Paar (oder eine dritte Menge) von Elektroden (26c, 26d). Ein Schwarzweiß-Farbe-Display kann aus einem einzelnen Displayelement erzeugt werden, indem die Teilungslänge des cholesterischen Materials (16) innerhalb jedes Paars (oder Mengen (14, 22, 26)) moduliert wird.

Claims

Cholesterisches Display, das folgendes umfaßt: ein Paar von gegenüberliegenden Substraten; ein cholesterisches Material zwischen den Substraten; ein erstes Paar von allgemein parallel zu den Substraten ausgerichteten Elektroden und mehrere zweite Elektroden, die im allgemeinen quer zu den Substraten angeordnet sind, um ein Pixel, das drei Teilpixel umfaßt, zu definieren.
Display nach Anspruch 1, wobei das cholesterische Material ein bistabiles cholesterisches Material ist.
Display nach Anspruch 1, wobei die zweiten Elektroden dem Display ermöglichen Licht, mit variablen Wellenlängen zu erzeugen.
Display nach Anspruch 1, wobei das cholesterische Material selektiv Licht mit einer von mehreren möglichen Wellenlängen erzeugt.
Display nach Anspruch 1, wobei das erste Paar von Elektroden an dem Paar von gegenüberliegenden Substraten ausgebildet ist.
Display nach Anspruch 5, wobei das erste Paar von Elektroden aus transparentem leitendem Material ausgebildet ist.
Display nach Anspruch 1, wobei die zweiten Elektroden so angeordnet sind, daß sie die Teilung des cholesterischen Materials ändern.
Display nach Anspruch 1, wobei das Display ein reflektierendes Display ist.
Display nach Anspruch 1, wobei, wenn das erste Paar von Elektroden arbeitet, das Display eine erste Lichtwellenlänge erzeugt, und das Display, wenn die zweiten Elektroden arbeiten, zwei zusätzliche Lichtwellenlängen erzeugt, die einer Wellenlänge, die länger ist als die erste Wellenlänge, und einer Wellenlänge, die kürzer ist als die erste Wellenlänge, umfassen.
Display nach Anspruch 1, wobei das Display keinen Farbfilter enthält.
Display nach Anspruch 1, wobei alle Teilpixel etwa die gleiche Größe aufweisen.
Display nach Anspruch 1, wobei jedes der Teilpixel mindestens zwei Elektroden der zweiten Elektroden enthält.
Verfahren, das folgendes umfaßt: Belichten eines cholesterischen Materials mit Licht entlang einer optischen Achse; Erzeugen eines allgemein parallel zu der optischen Achse verlaufenden elektrischen Felds; und Ausbilden von mindestens drei Teilpixeln, die verschiedene Wellenlängen erzeugen, indem ein allgemein quer zu der optischen Achse verlaufendes elektrisches Feld erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Bewirkens, daß das cholesterische Material Licht mit mehr als einer Wellenlänge reflektiert.
Verfahren nach Anspruch 14 einschließlich eines Bewirkens, daß das cholesterische Material selektiv Licht mit einer von drei separaten Wellenlängen erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Erzeugens von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen unter Verwendung des zweiten elektrischen Felds ohne den Einsatz eines Farbfilterarrays.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Exponierens eines cholesterischen Materials mit dem ersten und zweiten elektrischen Feld.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Änderns der Teilung des Materials unter Verwendung des zweiten elektrischen Felds.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines aktiven Ansteuerns des cholesterischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines passiven Betreibens des cholesterischen Materials.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Bewirkens, daß die Teilpixel selektiv Licht mit der roten, grünen und blauen Wellenlänge erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich eines Exponierens eines cholesterischen Materials mit einem ersten elektrischen Feld, um das cholesterische Material zwischen transparenter und reflektierender Struktur zu schalten, und eines Exponieren des cholesterischen Materials mit einem zweiten elektrischen Feld, das quer zu dem ersten elektrischen Feld verläuft, um die Teilung des cholesterischen Materials zu ändern.
Verfahren nach Anspruch 13 einschließlich des Aktivierens aller drei Teilpixel, um weißes Licht zu erzeugen.
Cholesterisches Element, das folgendes umfaßt: ein cholesterisches Material; ein Paar von Substraten, die das cholesterische Material umgeben; und eine Einrichtung, um zu bewirken, daß das cholesterische Material selektiv Licht in verschiedenen Wellenlängen erzeugt und weißes Licht erzeugt.
Element nach Anspruch 21, wobei die Einrichtung ein erstes Paar von allgemein parallel zu den Substraten ausgerichteter Elektroden und mehrere allgemein quer zu den Substraten angeordnete zweite Elektroden enthält.
Element nach Anspruch 21, wobei die zweiten Elektroden die Teilung des cholesterischen Materials ändern, um Wellenlängen des Spektrums selektiv zu ändern.
Element nach Anspruch 21, wobei das cholesterische Material ein bistabiles cholesterisches Material ist.
Element nach Anspruch 21, wobei das Element ein Display ist.
Element nach Anspruch 25, wobei das Display ein Aktivmatrixdisplay ist.
Element nach Anspruch 25, wobei das Display ein Passivmatrixdisplay ist.