DE4003843C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeige nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine gattungsbildende Flüssigkristall-Anzeige ist sowohl aus der DE 30 36 578 A1 als auch aus der DE 30 47 146 A1 bekannt geworden.

Die an erster Stelle genannte DE 30 36 578 A1 zeigt eine Flüssigkristall-Anzeige bestehend aus zwei Flüssigkristallzellen, die benachbart übereinander angeordnet sind. In der einen Flüssigkristallzelle ist beispielsweise eine segmentartige Elektrodenanordnung im Sinne einer Sieben-Segment-Anzeige vorgesehen. Jede der beiden Elektrodenzellen ist jeweils mit zwei an den gegenüberliegenden Flächen einer jeden Elektrodenzelle angebrachten durchsichtigen Elektrode versehen. Beide Flüssigkristallzellen sind sandwichartig zwischen zwei Polarisationsfiltern angeordnet, die senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Durch entsprechendes Anlegen einer Steuerspannung soll sich der Kontrast der Flüssigkristallanzeige aufgrund der Umschaltung zwischen den Betriebsarten einer positiv- und einer negativ-transmissiven Flüssigkristallanzeige in Abhängigkeit von den jeweiligen Bedürfnissen beispielsweise beim Betrieb bei Tageslicht oder bei Nacht verbessern.

Bei der aus der DE 30 47 146 bekannten Flüssigkristall-Anzeige wird ebenfalls wieder eine erste und zweite aufeinanderliegend angeordnete Flüssigkristallzelle verwandt, die unterschiedliche Farbflüssigkristall-Anzeigeelemente umfaßt. Durch entsprechendes Anlegen einer rechteckförmigen Steuerspannung können unterschiedliche Farben aktiviert werden, wobei bei gleichzeitiger Farbaktivierung der jeweils beiden übereinanderliegend angeordneten Flüssigkristall- Anzeigeelemente die entsprechenden Mischfarben möglich werden.

Aus dem Gesamtzusammenhang der Beschreibung ist zu entnehmen, daß es sich bei den Flüssigkristallen um die üblicherweise verwandten Flüssigkristalle handelt, also auf jeden Fall nicht um ferroelektrische Flüssigkristalle.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flüssigkristall-Anzeige zu schaffen, die mit ferro-elektrischen Flüssigkristallen arbeitet, und bei der auch Zwischentöne darstellbar sein sollen.

Die Erfindung wird entsprechend den im Patentanspruch angegebenen Merkmalen gelöst.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine verblüffend einfache Lösung geschaffen, die bisher nicht gekannte Vorteile bietet.

Erstmals wird nämlich der Betrieb einer Flüssigkristall- Anzeige vorgeschlagen, bei der die Flüssigkristallzellen bzw. die Anzeigenelemente nicht nur im Betrieb "Hell" und "Dunkel" umschaltbar, sondern bei der auch Zwischentöne in unterschiedlicher Hell-Dunkel-Schattierung möglich sind.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gewährleistet, daß ausgehend von der Verwendung von ferroelektrischen Flüssigkristallen zwei aufeinanderliegende Flüssigkristallzellen mit jeweils separat zugeordneten Elektroden verwandt werden, und daß jede der beiden aufeinanderliegenden Flüssigkristallzellen mit einer rechteckförmigen Wechselspannung angesteuert wird, wobei - und das ist höchst bedeutend - die Phasenlage der beiden rechteckförmigen Wechselspannungen zur Ansteuerung der ersten wie der zweiten Flüssigkristallzelle verändert werden kann. Je nach Lage der Phasenverschiebung kann ein unterschiedlich heller oder dunkler Zwischenton zwischen den Maximalwerten "Hell" und "Dunkel" ausgesteuert werden. Dies ist im gesamten Stand der Technik so weder beschrieben noch nahegelegt.

Ermöglicht wird dies durch die ebenfalls nicht naheligende Ausrichtung der Vorzugswinkel für die ferromagnetischen Flüssigkristalle in der ersten wie zweiten Flüssigkristallzelle. Denn beide Vorzugswinkel R sollen senkrecht zueinander liegen.

Im Betrieb beim Anlegen einer elektrischen Spannung wird dann der Winkel R entsprechend schräg ausgerichtet, wobei sich dann dieser "Tilt-Winkel" entsprechend den elektrischen Feldern zwischen zwei Richtungen, nämlich von der rechten in die linke Lage und umgekehrt, hin und her schalten läßt. Dies führt zu einer für ferroelektrische Materialien typischen Hysteresekurve und ergibt bei Display- Anwendung eine wesentlich schnellere Lichtmodulation.

Die Erfindung verbindet also die Vorteile eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mit einer für diesen Typus einer Flüssigkristall-Anzeige völlig neuartigen Ansteuerung mit Hilfe von phasenverschobenen rechteckförmigen Wechselspannungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt im einzelnen

Fig. 1 eine schematische Querschnittsdarstellung zur Verdeutlichung des Strukturaufbaus eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäß ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeige,

Fig. 2a/2b jeweils eine Darstellung des Zusammenbaus einer in Fig. 1 dargestellten Flüssigkristallzelle im Detail,

Fig. 3 eine Gesamtübersicht der verschiedenen Steuersignale zum Betrieb einer in Fig. 1 dargestellten ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeige einschließlich der nachfolgenden Detaildarstellung gemäß Fig. 3a bis 3,

Fig. 3a rechteckförmiges Steuersignal Sa1,

Fig. 3b rechteckförmiges Steuersignal Sb1,

Fig. 3c Anzeigenzustand OFF bei Anlegung der Signale gemäß Fig. 3a und 3,

Fig. 3d Rechtecksignal Sb2,

Fig. 3e Anzeigenzustand ON bei Rechteckimpulsen gemäß Fig. 3a und 3d,

Fig. 3f Rechtecksignal Sb3,

Fig. 3g Zwischentondarstellung,

Fig. 4a/4b eine Strukturdarstellung einer Flüssigkristallzelle, in der die Vorzugsachse parallel zur Polarisationsachse liegt.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt den Strukturaufbau eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeige. Die Anzeige umfaßt dabei zwei aufeinandergeschichtete und zusammengepackte Schichten von Flüssigkristallzellen, bei denen die verwandten ferroelektrischen Flüssigkristallzellen zwischen einem oberen und unteren Glasträger gedichtet angeordnet sind.

Die in einer der beiden Schichten vorgesehenen Flüssigkristallzellen sind auch als Steuerfeld-Anzeige-Flüssigkristallzellen 2 und die anderen als sogenannte optische Kompensations-Flüssigkristallzellen 1 bezeichnet. Zwischen oberen und unteren Glasträgern einer jeden Flüssigkristallzelle 1 und 2 ist eine transparente Elektrode sowie ein eine Orientierung aufweisender Film mit ferroelektrischen Flüssigkristallzellen eingearbeitet. Jede der Flüssigkristallzellen 1 und 2 wird mit einem Rechtecksignal (Wechselstrom- Signal) betrieben. Mit Bezugszeichen 3 und 4 sind Polarisationsfilter (Polarisationsplatten) bezeichnet, d. h. leitende Beläge, die außen auf den Kristallzellen 1 und 2 ausgebildet sind.

In den Fig. 2a und 2b ist ein detaillierter Strukturaufbau der beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 dargestellt. Die Flüssigkristallzelle 1 ist mit einer völlig flachen transparenten Elektrode Ea1 und Ea2 versehen, welche parallel und antiparallel zur Vorzugs- oder Schwingungsachse Ca bezüglich der Vorzugsrichtung im oberen und unteren Glasträger ausgerichtet sind.

Der Winkel zwischen den molekularen Hauptachsen des Flüssigkristalls und der Vorzugsachse Ca werden durch die Winkel Ra oder -Ra beschrieben, wenn nämlich ein elektrisches Feld E oder -E an die Flüssigkristallzelle 1 angelegt wird. Dann wird der durch die Oberseite der Flüssigkristallzelle 1 hindurchverlaufende Winkel der Polarisationsachse Pa des plattenförmigen Polarisationsfilters 3 zur Vorzugsachse Ca ebenfalls -Ra.

Die Flüssigkristallzelle 2 ist ebenfalls mit durchsichtigen Elektroden Eb1 und Eb2 mit einem entsprechenden Anzeigenmuster versehen, wobei die gleiche parallele und antiparallele (um 90° versetzte) Vorzugsausrichtung für den oberen und unteren Glasträger gewählt ist, wie bei der anderen auch als Kompensations-Flüssigkristallzelle bezeichneten Flüssigkristallzelle 1. Die Vorzugsachsen Ca und Cb der Flüssigkristallzellen sind orthogonal zueinander ausgerichtet. Die Winkel zwischen den Hauptachsen der Flüssigkristallmoleküle und der Vorzugs- oder Schwingungsachse Cb betragen Rb bzw. -Rb, wenn nämlich elektrische Felder E bzw. -E an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt werden.

In diesem Fall wird der Winkel zwischen der Polarisationsachse Pb und dem unteren Polarisationsfilter 4 der Flüssigkristallzelle 2 zur Vorzugsachse Cb -Rb.

Nachfolgend wird auf die Betriebsweise des erläuterten Ausführungsbeispieles eingegangen.

Bei der vorstehend im Aufbau erläuterten Flüssigkristall- Anzeige wird davon ausgegangen, daß die Zwei-Schicht-Flüssigkristallzellen 1 und 2 mit einem gleichen Flüssigkristall und einer gleichen Zellendicke gebildet sind. Dann gelten die folgenden Verhältnisse:

Ra ⟂ Rb
-Ra ⟂ -Rb
Pa ⟂ Pb

Durch Anlegen eines in Fig. 3 gezeigten Rechtecksignals zwischen den Elektroden der beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 kann ein bevorzugtes Anzeigemuster in einem Zwischenton dargestellt werden. Dazu kann beispielsweise ein elektrisches Feld mit einem Rechtecksignal Sa1 mit den Amplituden E und -E, wie in Fig. 3 gezeigt ist, an der oberen Flüssigkristallzelle 1 angelegt werden, während ein Rechtecksignal Sb1 mit gleicher Phase zu dem Rechtecksignal Sa1 an die untere Flüssigkristallzelle angelegt wird. Dadurch werden jeweils gleichzeitig die Flüssigkristallmoleküle in den Flüssigkristallzellen 1 und 2 gemeinsam wie folgt ausgerichtet (Ra, Rb), (-Ra, -Rb), (Ra, Rb), (-Ra, -Rb) etc.

Entsprechend der o. g. Bedingung (a) kann Licht nicht hindurchfallen, da die doppelte Brechung bei (Ra, Rb) zur Löschung führt. Auch unter der Bedingung (-Ra, -Rb) kann kein Licht hindurchfallen, da sich die Anzeige im nichtdurchlässigen Zustand mit einem Lichtübertragungsverhältnis T von im wesentlichen Null befindet, weil nämlich die Lichtpolarisation mit den Polarisationsachsen Pa, Pb der plattenförmigen Polarisatoren 3 und 4 übereinstimmt.

Im folgenden Beispiel wird ein Rechtecksignal Sb2 in gegensinniger Phase zu dem Rechtecksignal Sa1 an die Anzeigetreiber- Flüssigkristallzelle 2 angelegt, wobei die Verhältnisse bei der Flüssigkristallzelle 1 - wie oben beschrieben - aufrechterhalten werden sollen. Dann werden die Flüssigkristallmoleküle der Zellen 1 und 2 entsprechend den Bedingungen (Ra, -Rb), (-Ra, Rb), (Ra, -Rb), (-Ra, Rb) etc. kombiniert und ausgerichtet. Bei (Ra, -Rb) tritt eine Doppelbrechung in der Flüssigkristallzelle 1 beim Winkel von Ra auf, der einen Lichtdurchtritt erlaubt. In der Flüssigkristallzelle 2 tritt demgegenüber keine doppelte Lichtbrechung auf, da die Hauptachse der Flüssigkristallmoleküle parallel zu der (in einem Winkel von -Rb ausgerichteten) Polarisationsachse Pb des plattenförmigen Polarisationsfilters 4 wird. Deshalb kann Licht nur durch die Flüssigkristallzelle 1 hindurchtreten.

Bei (-Ra, Rb) kann Licht nur durch die Flüssigkristallzelle 2 aufgrund der gleichen Verhältnisse durchtreten.

Vorausgesetzt, daß die beiden Flüssigkristallzellen 1 und 2 gleich aufgebaut sind, tritt somit der Anzeigenstatus "AN" auf.

Nachfolgend wird der Fall erörtert, daß ein Rechtecksignal Sb3 an die Flüssigkristallzelle 2 angelegt wird, wobei die Phase des Rechtecksignals zu dem Rechtecksignal Sa1 leicht verschoben ist. Zu diesem Zeitpunkt kann das Verhältnis des Anteils des hindurchgelassenen Lichts zum Anteil des nichthindurchgelassenen Lichts verändert werden, indem das Verhältnis der gleichen Phasenkomponente zu der entgegengesetzten Phasenkomponente des rechteckförmigen Wechselstrom- Signals Sb3 geändert werden. Eine Darstellung in einem Zwischenton ist ebenso möglich, wenn diese Bedingungen mit hoher Wiederholungsfrequenz reproduziert werden.

Auf diese Art und Weise kann eine Flüssigkristallanzeige unter Verwendung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls mittels eines rechteckförmigen Wechselstrom-Signals betrieben werden, wodurch Verschlechterungen und Alterung der Flüssigkristallzelle vermieden und ein stabilisierter Betrieb der Anzeige aufrechterhalten werden kann.

In den Fig. 4a und 4b ist ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei der die Vorzugsachse bzw. Vorzugsrichtung Ca der Flüssigkristallzelle 1 parallel zur Polarisationsachse Pa des plattenförmigen Polarisators 3 ausgerichtet ist, wobei die Vorzugsachse Cb der zweiten Flüssigkristallzelle 2 parallel zur Polarisationsachse Pb des Polarisationsfilters 4 liegt. Auch dieses Ausführungsbeispiel zeigt den gleichen Effekt wie bei dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel, und zwar bei den gleichen in der Zelle vorhandenen Bedingungen, wie anhand von Fig. 2 erläutert.

Die erfindungsgemäße Flüssigkristallzelle ist bei optischen Blenden oder Verschlußanordnungen für Druckköpfe und andere optische Verschlußeinrichtungen wie beispielsweise auch für eine Flüssigkristall-Anzeige entsprechend den gezeigten Ausführungsbeispielen anwendbar.

Bei beiden Ausführungsbeispielen werden also beide Flüssigkristallzellen 1 und 2 mittels eines rechteckförmigen Wechselstrom-Signals angesteuert, um die Alterungserscheinungen und Verschlechterungen der Flüssigkristallzellen zu verhindern und eine verbesserte Anzeige zu gewährleisten. Durch den beschriebenen Phasenversatz zwischen den rechteckförmigen Wechsel-Signalen lassen sich zudem auch Zwischentöne darstellen.

Claims (1)

1. Flüssigkristall-Anzeige mit einer ersten, als Anzeigeeinrichtung dienenden Flüssigkristallzelle und einer zweiten Flüssigkristallzelle, die gemeinsam übereinanderliegend zwischen zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisationsfiltern angeordnet sind, wobei an die beiden Flüssigkristallzellen zur Veränderung der spannungsabhängigen Polarisationen des die jeweilige Flüssigkristallzelle durchstrahlenden Lichtes jeweils getrennt eine Steuerspannung anlegbar ist, die aus einer rechteckförmigen Wechselspannung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flüssigkristallzellen (1, 2) ferroelektrische Flüssigkristalle umfassen, daß der Winkel (Ra) der Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle in der einen Flüssigkristallzelle (1) senkrecht zum Winkel (Rb) der Vorzugsrichtung der Flüssigkristalle der zweiten Flüssigkristallzelle (2) steht und daß die rechteckförmigen Wechselspannungen der beiden Flüssigkristallzellen (1, 2) mit unterschiedlicher Phasenverschiebung zueinander aussteuerbar sind.