DE2212881A1 - LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT - Google Patents
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Description
FlüssigkristallanzeigeelementLiquid crystal display element
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkristallanzeigeelement, das einen Polarisator zur Erzeugung linearpolarisierten Lichts, eine erste für dieses Licht durchlässige, elektrisch leitfähige Elektrode, eine an dieser Elektrode angrenzende dünne Schicht aus einer nematogenen kristallinen Flüssigkeit, eine zweite an der anderen Seite der dünnen kristallinen Flüssigkeitsschicht angrenzende elektrisch leitfähige Elektrode, und einen Polarisator, der so angeordnet ist, daß das Licht nach Durchgang durch die dünne kristalline Flüssigkeit, gegebenenfalls nach Reflexion an der zweiten Elektrode und nochmaligem Durchgang durch die dünne kristalline Flüssigkeit, durch den Polarisator austritt.The present invention relates to a liquid crystal display element using a polarizer Generation of linearly polarized light, a first electrically conductive electrode that is permeable to this light, a thin layer of a nematogenic crystalline liquid adjacent to this electrode, a second electrically conductive electrode adjacent to the other side of the thin crystalline liquid layer, and a polarizer which is arranged so that the light after passing through the thin crystalline liquid, possibly after reflection on the second electrode and repeated passage through the thin crystalline Liquid leaking through the polarizer.
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Derartige Plüssigkristallanzeigeelemente sind aus dem Stande der Technik bekannt. Im Durchlicht ebenso wie im reflektierten Licht kann das optische Verhalten derartiger Anzeigeelemente durch Anlegen einer Spannung an die beiden Elektroden verändert werden.Such Plüssigkristall display elements are from the State of the art known. In transmitted light as well as in reflected light, the optical behavior can be similar Display elements can be changed by applying a voltage to the two electrodes.
Bisher wurden derartige Flüssigkristallanzeigeelemente zu dem Zweck konzipiert und verwendet, durch Ein- und Ausschalten des elektrischen Feldes die nematogene Phase in den Zustand dynamischer Streuung umzuschalten und umgekehrt. Dadurch wurde ein Umschalten vom hellen zum dunklen Aussehen eines derartigen Elements und umgekehrt erzielt.Heretofore, such liquid crystal display elements have been designed and used for the purpose of turning on and off of the electric field to switch the nematogenic phase into the state of dynamic scattering and vice versa. As a result, switching from the light to the dark appearance of such an element and vice versa was achieved.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Flüssigkristallzelle zu schaffen, mit der in Abhängigkeit der Spannung, die an die Elektroden angelegt wird, die Flüssigkristallzelle eine unterschiedliche Farbe zeigt.The object of the present invention is to provide a liquid crystal cell to create the liquid crystal cell, depending on the voltage that is applied to the electrodes shows a different color.
Diese Aufgabe wird durch ein Flüssigkristallanzeigeelement der oben definierten Art gelöst, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß jede Elektrode eine Oberflächenstruktur aufweist, die eine Adsorbtionswirkung ("Epitaxie") auf die Flüssigkristallmoleküle ausübt, deren Topologie einer Schar paralleler Geraden entspricht, die Scharen der Geraden,This object is achieved by a liquid crystal display element of the type defined above, which is according to the invention characterized in that each electrode has a surface structure that has an adsorption effect ("epitaxy") exerts on the liquid crystal molecules, the topology of which corresponds to a family of parallel straight lines, the family of straight lines,
die beiden Elektrodenoberflächen zugeordnet sind, unterein-the two electrode surfaces are assigned, one below the other
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ORJGfNAL INSPECTEDORJGfNAL INSPECTED
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ander parallel sind, die Achsen der Moleküle des Flüssigkristalls in Ebenen liegen, die auf den Elektrodenflächen senkrecht stehen und deren Spuren die Geraden sind und die Schwingungsrichtung des polarisierten Lichts mit den Ebenen, in denen die Molekülachsen liegen, einen von n.90° (n = 0, 1, 2, ...) verschiedenen Winkel bildet.are parallel to the other, the axes of the molecules of the liquid crystal lie in planes that are on the electrode surfaces are perpendicular and whose tracks are the straight lines and the direction of oscillation of the polarized light with the Planes in which the molecular axes lie forms an angle different from n.90 ° (n = 0, 1, 2, ...).
Es wurde gefunden, daß es mit erfindungsgemäß aufgebauten Flüssigkristallanzeigeelementen möglich ist, durch Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung bestimmter Größe ein Aussehen der Flüssigkristallzelle in bestimmter Farbe zu erreichen. Verwendet man eine durchsichtige Flüssigkristallzelle zwischen gekreuzten Nicols, so hat sich gezeigt, daß das Aussehen der Flüssigkristallzelle in Abhängigkeit der Spannung die Komplementärfarben zu den ausgelöschten Spektralfarben annimmt. Es wird angenommen, daß diese Erscheinung dadurch zu erklären ist, daß sich die gesamte Flüssigkristallzelle durch die ausgerichtete Anordnung wie ein dünner doppelbrechender Einkristall bzw« angenäherter Kristallplattensatz verhält. Dabei kann die Farberscheinung dadurch erklärt werden, daß die Kristall-It has been found that it is constructed according to the invention with Liquid crystal display elements is possible by applying a direct or alternating voltage of a certain size To achieve the appearance of the liquid crystal cell in a certain color. A transparent liquid crystal cell is used between crossed Nicols, it has been shown that the appearance of the liquid crystal cell depends on the voltage assumes the complementary colors to the extinguished spectral colors. It is believed that this This phenomenon can be explained by the fact that the entire liquid crystal cell is due to the aligned arrangement behaves like a thin birefringent single crystal or an approximate set of crystal plates. The Color appearance can be explained by the fact that the crystal
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eigenschaften der nematischen Phase bei Anlegen der Spannung, die natürlich geringer sein mmuß als die zur Erreichung der dynamischen Streuung erforderliche Spannung, verändert werden. Durch die Veränderung der Differenz der Hauptbrechungsindices wird aber auch eine Veränderung der Phasenverschiebung zwischen dem ordentlichen und dem außerordentlichen Strahl erreicht. Auf diese Weise kann über die Spannung die durch Interferenz ausgelöschte Wellenlänge des in den Flüssigkristall eintretenden weißen Lichts gesteuert werden. Als Ergebnis sieht man das zu dem ausgelöschten Licht komplementäre Licht, das in seiner Färbung damit ebenfalls durch die Spannung gesteuert werden kann.properties of the nematic phase when the voltage is applied, which of course must be lower than those to be achieved the voltage required for dynamic scattering. By changing the difference in the main refractive indices but there will also be a change in the phase shift between the ordinary and the extraordinary Beam reached. In this way, the wavelength canceled by interference can be transmitted over the voltage of the white light entering the liquid crystal can be controlled. As a result you can see that about the extinguished one Light complementary light, the color of which can also be controlled by the voltage.
Wenn man das erfindungsgemäße Anzeigeelement im Durchlicht zwischen gekreuzten Nicols betreibt, spielt die genaue Richtung zwischen der Schwingungsrichtung des polarisierten Lichts und der Ebenenschar an sich keine Rolle. Die Richtung muß lediglich von 0° oder ganzzahligen Vielfachen von 90° abweichen. Entscheidenden Einfluß hat in diesem Falle die Richtung jedoch auf die Helligkeit des empfangenen Lichts. Ein Helligkeitsmaximum erreicht man, wenn der genannte Winkel etwa 45° beträgt. Ein Winkel in diesem Bereich ist daher erfindungsgemäß bevorzugt.If the display element according to the invention is operated in transmitted light between crossed Nicols, the exact direction between the direction of oscillation of the polarized light and the set of planes does not matter. The direction only has to deviate from 0 ° or an integral multiple of 90 °. In this case, however, the direction has a decisive influence on the brightness of the light received. A maximum brightness is achieved when the angle mentioned is about 45 °. An angle in this area is therefore preferred according to the invention.
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ORlGWAL 5NORIGWAL 5N
-tr-tr
* 2212M1 * 2212M1
Wenn man das Plüssxgkristallanzeigeelement so betreiben will, daß zu jeder Seite der dünnen Plüssigkrxstallschxcht je eine Schar paralleler Streifenelektrodenscharen vorhanden istj wobei die beiden Elektrodenscharen zueinander senkrecht angeordnet sind und jede dieser Streifenelektroden getrennt ansteuerbar sind, ist es erfindungsgemäß bevorzugt, daß die Richtung der Vorzugsgeraden auf den Elektroden mit der Streifenlängsrichtung bei beiden Elektroden im Uhrzeigersinn und von der Metallseite her gesehen entweder einen Winkel von + 45° oder einen Winkel von - 45° bilden. Man erreicht auf diese Weise, daft eine Vertauschung der Elektroden ebenso wie ein Verdrehen der Elektroden ohne Einfluß ist und daß die Vorzugsgeraden stets zueinander parallel verlaufen.If you operate the Plüssxgkristall display element like this wants that the thin plussigkrxstallschxcht on each side one group of parallel strip electrode groups each available istj where the two groups of electrodes are perpendicular to one another are arranged and each of these strip electrodes are separately controllable, it is preferred according to the invention that the direction of the preferred straight line on the electrodes with the longitudinal direction of the strips on both electrodes clockwise and, viewed from the metal side, form either an angle of + 45 ° or an angle of - 45 °. In this way, the electrodes can be interchanged and the electrodes can be rotated without Influence and that the preferred straight lines always run parallel to one another.
Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden. The invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
In der Figur ist schematisch ein erfindungsgemäßes Anzeigeelement dargestellt. In Richtung der Normalen 1 auf die eigentliche Flüssigkristallzelle fällt Licht von einer nicht dargestellten Lichtquelle durch einen Polarisator Dieser Polarisator 2 erzeugt in Richtung des Pfeiles 3 linear polarisiertes Licht. Die Richtung des Pfeiles 3, die Polarisationsrichtung, kennzeichnet die Richtung des In the figure, a display element according to the invention is shown schematically. In the direction of the normal 1 on the actual liquid crystal cell, light from a light source (not shown) falls through a polarizer. This polarizer 2 generates light which is linearly polarized in the direction of the arrow 3. The direction of the arrow 3, the direction of polarization, indicates the direction of the
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elektrischen Vektors der Lichtwelle. Das polarisierte Licht tritt durch ein Glas 4, das an seiner Unterseite eine durchsichtige leitfähige Schicht aufweist. "Diese leitfähige Schicht 5 hat eine Oberflächenstruktur, die topologisch durch eine Schar zueinander paralleler Geraden 6 charakterisiert ist. Die Geraden an der Elektrode 5 können in verschiedener Weise erzeugt werden und können sich insbesondere bereits aus einer entsprechenden Struktur des Glases 4 ergeben. Es können die Geraden auch aus der Kristallstruktur des Trägers folgen.electric vector of light wave. The polarized light passes through a glass 4, which is transparent on its underside Has conductive layer. "This conductive layer 5 has a surface structure that is topologically is characterized by a family of straight lines 6 parallel to one another. The straight lines at the electrode 5 can can be generated in various ways and can in particular already be derived from a corresponding structure of the glass 4 result. The straight lines can also follow from the crystal structure of the carrier.
ie Elektrode 5 steht mit nematischem flüssigkristallinem Material 8 in Berührung. Die dünne einige ,u bis 100 ,u starke flüssigkristalline Schicht 8 wird an der gegenüberliegenden Seite durch eine Elektrode 9 begrenzt, die ebenfalls die Geradentextur 10 aufweist, die ihrerseits parallel zu den Geraden 6 der Elektrode 5 verlaufen. Die Elektrode ist auf einer Glasplatte 11 angeordnet.The electrode 5 stands with nematic liquid crystalline Material 8 in contact. The thin some, u to 100, u strong liquid-crystalline layer 8 is limited on the opposite side by an electrode 9, which is also has the straight line texture 10, which in turn run parallel to the straight lines 6 of the electrode 5. The electrode is arranged on a glass plate 11.
An die Elektroden 5 und 9 kann eine Spannungsquelle 12 angeschlossen werden, deren Spannung einstellbar ist. Es kann sich um eine Gleich- oder eine Wechselspannungsquelle handeln. A voltage source 12, the voltage of which is adjustable, can be connected to the electrodes 5 and 9. It can be a direct or alternating voltage source .
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
Nach Durchtritt des Lichtes durch die Plussigkristallzelle ^s 5s 8, 9S 11 tritt dieses Licht schließlich durch einen Polarisator 139 dessen Polarisationsrichtung auf der des Polarisators 2 senkrecht steht.After the light has passed through the plus-crystal cell ^ s 5s 8, 9 S 11, this light finally passes through a polarizer 13 9 whose direction of polarization is perpendicular to that of the polarizer 2.
Bei Veränderung der Spannung der Spannungsquelle 12 beobachtet man eine Farbänderung des aus dem Polarisator beispielsweise auf einen Schirm 14 gelangenden Lichtes.When the voltage of the voltage source 12 changes, a change in color is observed from the polarizer for example, light reaching a screen 14.
Eine solche Erscheinung läßt sich auf verschiedensten Gebieten anwenden, insbesondere als Färbanzeigetafel, mit der auch sieh farblich ändernde Bilder wiedergegeben werden können.Such a phenomenon can be used in a wide variety of fields, especially as a color display panel which can also be reproduced in color-changing images.
Im folgenden soll versucht werden, den beobachteten Effekt theoretisch zu erklären, ohne daß dadurch eine Beschränkung der Erfindung vorgenommen werden soll.In the following, an attempt will be made to explain the observed effect theoretically, without this being a limitation of the invention is to be made.
Die Richtung des elektrischen Vektors 3 des aus dem Polarisator 2 austretenden linear polarisierten Lichts bildet mit der durch die Geraden 10 und 6 aufgespannten Ebenenschar einen Winkel von 45°. in der Ebenenschar ordnen sich die Moleküle 15 der kristallinen Flüssigkeit aus. Das linearThe direction of the electrical vector 3 des from the polarizer 2 exiting linearly polarized light forms with the set of planes spanned by the straight lines 10 and 6 an angle of 45 °. The molecules 15 of the crystalline liquid arrange themselves in the array of planes. That linear
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polarisierte Licht wird beim Durchgang durch den unter der Spannung 12 in seinen optischen Eigenschaften definierten Kristall in zwei der Richtung nach zusammenfallende Strahlen zerlegt, die sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten und deren Schwingungsrichtungen aufeinander senkrecht stehen. Die elektrischen Vektoren dieser beiden Teilstrahlen sind mit 16 und 17 bezeichnet. Diese Teilstrahlen entsprechen dem außerordentlichen und dem ordentlichen Strahl der Kristalloptik.polarized light is defined in its optical properties when passing through the voltage 12 Crystal is divided into two coincident beams, which move at different speeds spread and their directions of vibration are perpendicular to each other. The electrical vectors of these two Partial beams are denoted by 16 and 17. These partial beams correspond to the extraordinary and the ordinary ray of crystal optics.
Der Geschwindigkeitsunterschied der beiden Teilstrahlen mit den elektrischen Vektoren 16 bzw. 17 wird durch.die Größe der Spannung der Spannungsquelle 12 mitbestimmt. Aus dem Glas 11 tritt also Licht aus, das man sich aus zwei linear polarisierten Teilwellen mit den elektrischen Vektoren 16O bzw. 170 zusammengesetzt vorstellen kann. Diese beiden elektrischen Vektoren sind aber gegenüber den Vektoren 16 und 17 zueinander phasenverschoben. Die Größe der Phasenverschiebung ist bei gegebener Zellengeometrie und gegebenem Flüssigkristallmaterial nur von der Spannung der Spannungsquelle 12 abhängig. The difference in speed of the two partial beams with the electrical vectors 16 and 17 is durch.die The size of the voltage of the voltage source 12 is also determined. Light emerges from the glass 11 that is made up of two linear ones polarized partial waves with the electrical vectors 16O and 170 can be imagined. These two However, electrical vectors are out of phase with one another with respect to vectors 16 and 17. The amount of phase shift is only dependent on the voltage of the voltage source 12 for a given cell geometry and a given liquid crystal material.
Durch den Polarisator 13 werden diese beiden Teilwellen senkrecht zur Richtung des Pfeiles 3, also in Richtung der Geraden 18 linear polarisiert. Dabei entstehen linear polarisierte Teilwellen mit den elektrischen Vektoren I70A und I6OA. Die Amplitude dieser beiden Vektoren ist dabeiThrough the polarizer 13, these two partial waves perpendicular to the direction of the arrow 3, that is to say linearly polarized in the direction of the straight line 18. This creates linear polarized partial waves with the electrical vectors I70A and I6OA. The amplitude of these two vectors is included
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gleich groß. Je nachdem, welche Phasendifferenz zwischen den beiden Teilwellen in dem Flüssigkristall erzielt wurde, wird dadurch eine bestimmte Wellenlänge des weißen Lichts ausgelöscht und man sieht auf dem Schirm 14 die hierzu komplementäre Farbe.same size. Depending on which phase difference was achieved between the two partial waves in the liquid crystal, a certain wavelength of the white light is thereby extinguished and one sees the complementary one on the screen 14 Colour.
In welcher Richtung die flüssigkristallinen Moleküle in den durch die Geraden 6 und 10 aufgespannten Ebenen im wesentlichen angeordnet sein müssen, hängt von dem Vorzeichen ihrer Dielektrizitätsanisotropie Δο ab. Im Falle eines negativen ££, werden die Moleküle im wesentlichen homöotrop angeordnet sein, wie es bei 20 angedeutet ist. Im Falle eines positiven Λ C werden die Moleküle im wesentlichen homogen angeordnet sein, wie es bei 21 dargestellt ist.The direction in which the liquid-crystalline molecules must essentially be arranged in the planes spanned by the straight lines 6 and 10 depends on the sign of their dielectric anisotropy Δο . In the case of a negative ££, the molecules will be arranged essentially homeotropically, as indicated at 20. In the case of a positive Λ C, the molecules will be arranged essentially homogeneously, as shown at 21.
Die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebenen Elektroden müssen nicht notwendigerweise mit ihren leitfähigen Schichten in Kontakt mit der flüssigkristallinen Schicht stehen. Vielmehr kann diese flüssigkristalline Schicht auch von transparenten isolierenden Elementen begrenzt sein, auf denen sich außen die elektrisch leitenden Schichten befinden. Die besondere Oberflächentextur muß in diesem Falle an der Oberfläche der isolierenden Elemente vorgesehen sein, die mit der kristallinen Flüssigkeitsschicht in Kontakt steht.The electrodes described in connection with the drawing do not necessarily have to have their conductive layers are in contact with the liquid-crystalline layer. Rather, this liquid-crystalline layer can also be transparent be limited to insulating elements on which the electrically conductive layers are located outside. The special one In this case, surface texture must be provided on the surface of the insulating elements that are connected to the crystalline liquid layer is in contact.
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Claims (1)
isolierten parallelen Streifen besteht, die getrennt ansteuerbar sind, und bei dem die beiden Streifenscharen aufeinander senkrecht stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der Geraden mit der Streifenlängsrichtung jedes Elektroden-. Streifens beim Betrachten der Metallseite entweder einen
Winkel von + 45° (225°) oder einen Winkel von - 45° (135°). bildet.5 · Display element according to one of the preceding claims, in which each electrode consists of several, against one another
isolated parallel strips, which can be controlled separately, and in which the two sets of strips are perpendicular to each other, characterized in that the direction of the straight lines with the longitudinal direction of each electrode. Strip when looking at the metal side either one
An angle of + 45 ° (225 °) or an angle of - 45 ° (135 °). forms.
SnO_-Schichten, bestehen, an deren Oberfläche in Richtung
der Geraden angeordnet Fremdsubstanzen haften.6. Display element according to one of claims 1 to 5, characterized in that the electrodes made of transparent conductive metal oxide layers, in particular In 2 O, - or
SnO_ layers, exist on the surface in the direction
Foreign substances arranged along the straight line adhere.
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Also Published As
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