DE2036665C3 - Anzeigeschirm - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anzeigeschirm mit zwei senkrecht aufeinander stehenden Anordnungen von parallelen, gegebenenfalls transparenten Leiterbahnen und einer zwischen denselben angeordneten nematisch flüssigkristallinen Schicht

Derartige Anzeigeanordnungen weisen gegenüber elektronischen Anzeigeröhren geringe Tiefenabmessungen auf.

Ebenso flache Anzeigeanordnungen lassen sich bei Verwendung von elektrolumineszierenden Schichten aufbauen, wie dies in der deutschen Offenlegungsschrift 2 029 053 dargestellt ist. Dort sind auch Mittel zur Erhöhung der Nachleuchtdauer der angeregten Bildpunkte beschrieben, um die Bildhelligkeit zu erhöhen.

Bekanntlich ist jedoch die Ausstrahlungsintensität von Elektrolumineszenzlicht so gering, daR ein elektrolumines/icrende Kristalle enthaltender Bildschirm nur in abgedunkelten Räumen betrachtet werden kann.

Dieser Nachteil liegt bei Flüssigkristallanzeige-Schirmen nicht vor, da deren Helligkeit über eine eingebaute oder äußere Lichtquelle beliebig vorgegeben wird.

Flüssigkristalle sind eine organisch chemische Substanz, die im interessierenden Zustand flüssig ist, aber im Gegensatz zu den Flüssigkeiten des täglichen Lebens gewisse Eigenschaften von Kristallen aufweist. Sie ist einer, in manchen Fällen auch mehrerer Zwischenohasen zwischen dem festen kristallinen Zustand i-iiu-rsi-its und dem isotrop flüssigen Zustand anderer ■,uns lahig (smektisch^, nematische, cholesterinisctv Vk-Miph;-S'j). im folgenden soil nur auf die physikalischen Kigenschafien m de; nc ma Uschi.· η Mesopha.M ^ kür/ eingängen werden. Nematische Flüssigkeiten haben iihergrtW¹.:. r>: Hcinchc eine r,mahhiingige Vor 'iiüM.neniieruüi.' der Längsachse. Durch Magnetfei eier und elektrische S-V Id er von einigen ItHK) Volt ei;, lassen sich jedoch .inch giößere Bereiche paraüel όπια enliercn, und /wai mi, da/2 sich die opn.sd.s Achs·· parallel zur bVldacl-.se sieil!. Liegt eine cickir>:-,d,i. Spannung an einer dimnci¹. nepalischen Schicht, so tritt eine sichtbare Änderung ;i»:r optischen. Eigen schäften der Schicht ti st dann ein, wenn die elektiisehe Feldstärke em.ni gewissen Schwellwert erreich: hat. Da-, Überschreiten dieser Feldstärke !int ;ίι; ί-olge, dal¹· der Brechungsindex der nematischen Flüssigkeit starten zeitlichen und örtlichen Schwankungen unterworfen wird. Mit steigender Feldstärke wird die so nematische- Flüssigkeit :n /unehmeisdem Maße türhu !ent und das durch die Schicht hindurchtretende Licht wird in gleichem MaCe gestreut. Die durch die Turbulenz, nemalischer Flüssigkeiten ausgeloste I.ichtstreu ung wild auch als tKiuimische Lichtstreuung bezeichnet. Line plausihic hrklärung der dynamischen ! ich'.strcuung basieri auf der sog. Schwarmtheorie Hiernach lagern sich die Moleküle in nematischen Flüssigkeiten zu Schwä-men von ca. K)' Molekülen zusamme.ι. Innerhalb der Schwärme liegen die MoIeknie paraÜLl. F:in Schwarm erhalt dadurch ein perma nentt.-b Dipolmoment. Durch Anlegen eines elektrischen Feldesandic nematische Flüssigkeit orientieren sich die Schwärme mit ihrem permanenten Dipolmo ment m Feldrichlung. Infolge des Winkels, den die Moleküllängsachse und das molekulare Dipolmomen! bilden, haben die Moleküllängsachscn gegenüber der Fcldrichlung slets eine gewisse Neigung. Wandern nun unter der Wirkung eines elektrischen Feldes Ionen durch eine derartige Molekülanordnung, dann 4J wird auf die einzelnen VoJumenelemt Ue eine Scherkraft ausgeübt, welche die Moleküllängsachsen in Richtung des loncnflusses zu drehen versucht. Auf diese Weise kommt es zu einem ständigen Wechselspiel zwischen der Ausrichtung der Dipole unter der Wirkung des elektrischen Feldes und der Ausrichtung der Moleküllängsach-en nach der Wanderungsrichtung der Ionen. Dieses Wechselspiel verursacht eine dynamische Anisotropie des Brechungsindex und bewirkt dadurch im Endeffekt die dynamische Lichtstreuung.

Auf Grund dieser Eigenschaften der flüssigen Kristalle kann eine Schicht eines Flüssigkristalle als Bildschirm verwendet werden, wobei durch matrixförmige Elektroden die Flüssigkristallschicht örtlich verschieden in den Slreuzustand gesteuert wird. Ein solcher Bildschirm kann insbesondere zwei auf beiden Seiten der Fliissigkeilsschichi angeordnete Glasplatten umfassen, auf deren Innenseiten je eine Anordnung paralleler Leitungshalter! angeordnet ist, wobei auf der einen Glasplattennberfliirhc angeordnete Leilungshahnanordnungen auf der auf der anderen Glasplatte angeordneten Leitungsbahnenanordnung senkrecht stellen. Ein solcher Bildschirm ist in der USA.-Patentschrift 3 322 485 beschrieben. Wird an eine waagerechte und senkrechte Leitungsbahn eine Spannung angelegt, so entsteht an dem Kreuzungspunkt ein elektrisches Feld, das sich durch die Flüssigkristallschicht hindurch erstreckt, die an dieser Stelle dadurch

ihr Stromverhaiten ändert, hin wesenlitchcr N-n.hu il dieser bekannten Anordnung besieht jedoch Jarin, dall n-cht nurun dem ausgewählten Kreu/iingspnnkten eine ähnliche, wenn ,tuch geringete LichiMrcuung erzeuge wird. ^

I-s Lst bekam:!, diesen Stnreifokl dadurch /u hnci !•gen, daß zwischen der Flüssigkristallschicht und den Leiterbahnen der einen Leitcrbalineiujnordnung Dioden angeordnet werden Der Aufwand heim Aulhau eines, soleh?!i Schirms ist jeik>ch groß, du· für |cilen to Mairixknotenpunkt eine Diode vorgesehen werden muß. Der Aufwand der Herstellung dieser Dioden-•■lalrix ist wesentlich größer als alle übrigen Elemente des Flüssigkristallbildschirnis.

[)er vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgäbe zugrunde, eine andeie Möglichkeit anzugeben, die es gestattet, in einer Flussigkrisiallinatrp. Jic Änderung der Lichtstreuung der nicht angesteiuvtrn Krt;:. -.r.gspunkte zu verhindern, ohne hier/u Dioden ..; '.civvenden.

Die Aufgabe Wird dadurch gelöst, daü yw i.-.chen der :nen Leiterbaiinanordnung und der KUisS!i:i:i ii-uil!- ■chiciii eine unteibrochene Schicht aus e ^m nicmlinearen Widerstandsmaterial mit einem geringen Κ,υη iaktw/Jerstand in bezug auf das Matciial -.ier i. eilcibahnen angeordnet ist.

Vorzugsweise besteht die genannte Schicht ,tu, ei ner Oxydschicht. z.B. einei Aluminium-oder HuHaI-ixidschicht.

Als-vorteilhaft hat sich auch eine Schicht aus Cadniumselenid erwiesen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfinulin« und de; en Wirkungsweise sei auf die Figuren und die nun folgende Figurenbeschreibung verwiesen. Hierin zeigt

Fig. 1 einen einfachen Bildschirm mit flüssigen Kristallen,

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines solchen Bild hi

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Flüssigkristallbildschin -_: i.iit einer nichtlinearen sperrschichtfreien Widerstandsschicht,

Fig. 4 die Strom-Spannungskennlinie des nichtlinearen sperrschichtfreien Widerstandsmaterial,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild eines solchen Bildschirms, Fig. 6 eine bistabile Strom-Spannungskennlinie.

Fig. 1 zeigt schematisch de.i Aufbau einer einfachen Bildschirmmatrix mit einer Flüssigkristallschicht. Die Flüssigkristallschicht 1 ist hierbei zwischen zwei parallelen Glasplatter .3 und 4 angeordnet, die jeweils mit einer Anzahl paralleler, elektrisch leitender. transparenter Bahnen xi, x2, x3, x4 und χ 5 b/w. y 1. >'2, y3 und y4, vorzugsweise aus Zinndioxyd, versehen sind.

Fig. 2 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Matrix des in Fig. 1 dargestellten Aufbaus. Zwischen den Leitungsbahnen .rl bis xn und y\ bis yn bestehen sowohl Kapazitäten, die im Ersatzschaltbild in Form konzentrierter Kapazitäten eil ... bis am dargestellt sind als auch infolge der, wenn auch !deinen, «o doch vorhandenen Leitfähigkeit des Flüssigkristall eine galvanische Kopplung in Form der Kopplungswiderstände rll bis nut. Wirdnunz. B. durch Anlegen einer Spannung an die Leiterbahnen x2 und ν2 der Krcu/ungspunkt dieser beiden Leiterbahnen angesteuert, so er S₅ halten alle übrigen K.reuzungspunkte der Leiterbahnen yl und der Lei erbahnen xl etwa die halbe Steuerspannung und zeigen daher ebenfalls, wenn am ti schwacher, einen Streueffekt Wie sich aus der L1 sat/schallung ergibt, tritt bei Ansteuerung der Leiter λ2 und yi aiiüei an ler Kreoz'jngsstelle /wischen v2unil y2einStromfluU beispielsweise über r\l. eil. rll. L ί ] und r2l. c2! auf Ahnliche Stromflusse treten .in Men übrigen Kieu/iingspunkten auf. Berurksifhtiüt man die durch die Matrix gegebenen Serienunü Baralieischaliiiiigen vl.-ii Kapazitäten bzw Widerstanden, so erkennt man. daß an den Kreiizungspunk ten \1 vi, λ2 ν3 und v2 y4 ... x2 yn sowie rl >'2, t3 v2. .i"4 v'2, x? v'2 . ■ «n >'2 Spannungen auftreten. du maximal halb so groß sein können, wie die Steuerspannung zwischen x2 und y2. Der halbe Wert der Steuerspannunt; wird theoretisch erre.cht bei einer unendlich großen Matrix. Fr verringert '.ich. bei einer Matrix mit entspiechend geringerer Anzahl an x- und y-L eitern

F i g. λ zeigt einen Ausschnitt ausdei.j Aufbau einer Matrix, wobei erfindungsgeniaß zwischen dem einen L eitcrsVstem 11 λ/ι und der Flüssigkristallschicht 1 eiiie unterbrochene Schicht 2 aus einem sperrschichtfreien Widerstandsmaterial mi: nichtlinearer Kennlinie angeordnet ist In fig.-t ist die Strom-Spannungs-Kennlinie dieses Widerstandsmaterial·! iiarge- -.tellt. Werden an die Leiterbahnen einer Matrix de·· in ;- 1 g. 3 dargestellten Aufbaus nun, Wie in Fig. ^s tic'/L-itü.derart Spannungen angelegt, daß an dem ausgewählten Kreu/ungspunkt die Steuerspannung ί., dageuen an den übrigen Kreuzungspunkten Spannungen in der fiöhe von ^: . U auftreten, so kann infolge der nichtlinearen Charakteristik der nichthncaren VV'iderstardselemente rll . mn eine Ansteuerung anderer Kreuzungspunkre als des ausgewählten vermieden werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, wird hierzu an die ausgewählte Leiterbahn r2 die Spannung U und an die ausgewählte Leiterbahn >2 die Spannung 0 angelegt, während an die Leiterbahnen rl, .ν3 .. xn die Spannung ' , U und die nicht ausgewählten Leiterbahnen yl,y3 .. yn die Spannung''', L/angelegt wird. Durch entsprechende Bemessung der Steuerspannung, der Strom-Spannungs-Kennlinie des Widerstandsmaterials und tier Ansprechspannung der Flüssigkristallschicht 1 läßt sich erreichen, daß zwar die Steuerspannung i/, nicht aber ü:e Steuerspannung '.', U zu einer Lichtstreuung führt. Als geeignetes Widerstandsmaterial hat sich Aluminiumoxyd und Tantaloxyd erwiesen.

Sehr zweckmäßig ist auch die Verwendung eines Materials mit einer bistabilen Strom-Spannungs-Kennlinie, wie sie in F i g. 6 dargestellt Lst. Eine solche Kennlinie weist beispielsweise eine Cadmium-Selenid-Schicht auf.

Ist eine flüssigkristalline Schicht mit einer bistabilen Schicht in Reihe geschaltet, so fließt so lange nur ein geringer Strom, bis eine gewisse Schwellenspannung am bistabilen Element überschritten wird. Steigt die Spannung am bistabilen Element über einen gewissen Wert entsprechend dem Punkt C in Fig. (S, so steigt dessen Leitfähigkeit sprungartig, z.B. um drei Zehnei potenzen, und die Flüssigkristallzelle wird angesteuert. Die Erregung der Flüssigkristallschicht bleibt so lange bestehen, bis die Spannung so weit sinkt, daß der Punkt E erreicht wird. Hier sinkt die Leitfähigkeit dann wieder se'.ir schnell bis auf den Punkt B. Eine mit einei derartigen bistabilen Schicht arbeitende Flüssigkristallmatrix wird zweckmäßigerweisc in der Weise betrieben daß an alle ^-Leiterbahnen eine positive Vorspannung, an alle jc-Leiterbahnen eine ent-

sprechende negative Vorspannung gelegt wird und die Ansteuerung des gewünschten Kreu/ungspunktes in der Weise erfolgt, daß an die ausgewählten Leiterbahnen ein entsprechender Impuls angelugt wird, der die an der ausgewählten Kreuzungsstelle liegende Span-' nung so weit erhöht, daß sie den Schwellenwert entsprechend Punkt C in Fig. (> überschreitet, wodurch die dort befindliche Flüssigkristallschicht in den Zustand der dynamischen Lichtstrerung übergeführt wird Ils sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß durch die Verwendung einer bistabilen Schicht der Aufbau eines Hildspeichcrs möglich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

S 036 665 Patentansprüche

1. An/.eigesehirm mit zwei senkrecht aufeinanderi-icliL'iiue'i Aiundnungen \ίπ parallelen, gfgthenenfaiis transparenten Leiterbahnen (iJ .... ν.·!, bzw. yl .. yn) und finei /Mischen denselben angeordneten nematisch flUNsi^kristallinen Schicht (i), d a d u r c h g c k e η ii / '.· ι c h η e ί. daH zwischen der einen Leiteriuhiiaiiiirdnung [\l. ...xn) und der Flüssigkristallschich: (1) eine unterbrochene Schicht (2) aus einem nichtlinearen Widerstandsmaterial mit einem geringen Kontaktwiderstand in bezug auf da» Mjterial der Leiterbahnen ungeordnet ibt.

2. Anzeigeschirm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand aus einer Oxidschicht besteht.

3. Anzeigeschirm nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus Λ lim.iniumo.vid besteht.

4. Anzeigesdiirm nach Anspruch 2, düüiirch gekennzeichnet, daß di·.¹ Oxidschicht aus P.tutaioxid besieht

5. Anzeigeschirm nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlineare Widerstandsschicht nur auf die Streifen der einen Leiterbahnanordnung aufgebracht ist.

6. Anzeigeschirm bzw. Bildspeicherschirm nach einem oder mehreren der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus sperrschichtfreiem nichtlinearen Widerstandsmaterial aus einer Cadmium-Selenid-Schicnt bestellt.