DE2103591A1 - Folienartiger Anzeigeschirm mit flussigen Kristallen als optisch akti vem Medium - Google Patents
Folienartiger Anzeigeschirm mit flussigen Kristallen als optisch akti vem MediumInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT München,den „.. ..
/- C JAi* Berlin und München Witteisbacherplatz
VPA
71/7008
Folienartiger Anzeigeschirm mit flüssigen Kristallen
als optisch aktivem Medium
Die Erfindung betrifft einen großflächigen Anzeigescairm
mit einer flüssigkristallinen Schicht als optisch aktivem Medium.
Es ist bekannt("Reflective Liquid Crystal Television Display"
von John v.Raalte in Proceedings of the IEEE, Vol.56, Dez.68, Seite 2146 bis 2149)» einen aus einer dünnen Schicht eines
nematischen Flüssigkristalls bestehenden Bildschirm zur Wiedergabe
von Informationen zn verwenden. .
Ein flüssiger KrisiaLl ist eine organische Substanz von im
allgemeinen aromatischer Natur. Die Moleküle haben eine bestimmte längliche Form in der Größenordnung von 20 A*. Nematische
flüssige Kristalle sind den isotropen Flüssigkeiten sehr ähnlich. Sie unterscheiden sich in ihrer molekularen
Struktur von letzteren lediglich durch die Parallelorientierung der Moleküllängsachse. Die Vorzugsrichtung der Längsachsen
ist ohne besondere Vorkehrung über größere Bereiche ortsabhängig; Durch Magnetfelder von einigen 1000 Gauß und elektrische
Felder von einigen 1000 Volt/cm lassen sich jedoch auch größere Bereiche parallel orientieren» und zwar so, daß sich
die optische Achse parallel zur Feldachse stellt. Für die Verwendung der nematisch flüssigen Kristalle als optisch aktives
Medium in Bildschirmen ist es wichtig, daß diese kristallinen Flüssigkeiten ein großes molekulares Dipc?anoraent haben.
Eine v/eitere bekannte Eigenechaft der flüssigen Kristalle
ist die sog» dynamische Streuung, die mit Hilfe der sog.
Schwarmtheorie näher gedeutet werften soll: in nematischen
lagern sich die Moleküle zu Schwärmen von
VPA 9/712/0079 VfR/The 209833/0900 _2_
ca. 10 Molekülen zusammen. Innerhalb der Schwärme liegen die
Moleküle parallel. Ein Schwarm erhält dadurch ein permanentes Dipolraoment. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an
den nematischen Flüssigkristallen orientieren sich die Schwärme mit ihrem permanenten Dipolmoinent in Feldrichtung. Infolge
des Winkels, den die Moleküllängsachse und das molekulare Dipolmoment "bilden, hat die Molekülachse gegenüber der Feldrichtung
stets eine gewisse Steigung. Wandern nun unter der
es
Wirkung eines elektrischen Feld Ionen durch eine derartige Mölekülanordnung, dann wird auf die einzelnen Volumenelemente eine Scherkraft ausgeübt, welche die Moleküllängsachsen in Richtung des lonenflusses zu drehen versuchen. Auf diese Weine kommt es zu einem ständigen Wechse3-spiel zwischen der Ausrichtung der Moleküle unter der Wirkung de3 elektrischen Feldes und der Ausrichtung der Moleküllängsachsen nach der Wanderungsrichtung der Ionen, die wiederum mit der Feldrichtung zusammenfällt. Dieses Wechselspiel verursacht eine dynamische Anisotropie des Brechungsindex und bewirkt dadurch aen erwünschten Effekt, die dynamische Lichtstreuung,
Wirkung eines elektrischen Feld Ionen durch eine derartige Mölekülanordnung, dann wird auf die einzelnen Volumenelemente eine Scherkraft ausgeübt, welche die Moleküllängsachsen in Richtung des lonenflusses zu drehen versuchen. Auf diese Weine kommt es zu einem ständigen Wechse3-spiel zwischen der Ausrichtung der Moleküle unter der Wirkung de3 elektrischen Feldes und der Ausrichtung der Moleküllängsachsen nach der Wanderungsrichtung der Ionen, die wiederum mit der Feldrichtung zusammenfällt. Dieses Wechselspiel verursacht eine dynamische Anisotropie des Brechungsindex und bewirkt dadurch aen erwünschten Effekt, die dynamische Lichtstreuung,
Dynamisch heißt die Lichtstreuung wegen der bei einem angelegten elektrischen Feld vorherrschenden Turbulenz der nematischen
Lichtstreuung. Den Zustand, in dem sich der nematische Flüssigkristall bei der dynamischen Lichtstreuung befindet, bezeichnet
man als den dynamic scattering mode.
In diesem Zustand erscheint der Flüssigkristall, von der Seite her betrachtet, weiß. Mit wachsender Feldstärke nimirit die Intensität
des gestreuten Lichtes zu. Auf diese Weise kann man eine Grauskala erzeugen.
Bekannt ist ferner der Speichereffekt und der Farbeffekt,
a) Speichereffekt
Ein durch ein elektrisches Gleichfeld erzeugter lonenstrom
emulgiert die ursprünglich transparente Mischung einer nenia-
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• -3- .
tischen und einer cholesterinischen Substanz (z.B. 90 Gew.-^
APAPA und 10 Gew.-^ Cholesterylnonoat) und macht sie milchig
weiß. Dieser Zustand "bleibt auch bestehen, wenn das Feld bereits
abgeschaltet ist. Durch ein niederfrequentes Wechselfeld (f = ca. 1 kHz) wird die "Emulsion" wieder aufgelöst und
die Mischung wird wieder transparent.
b) Farbeffekt
Er wird beobachtet, wenn in einer nematischen Flüssigkeit dichroitische Farbstoffe gelöst sind und an die Flüssigkristallzelle
eine Spannung gelegt wird. Durch Ausrichtung der Moleküle der nematischen Flüssigkeit in einem elektrischen Feld wird der
dichroitische Farbstoff mit ausgerichtet. Da die Absorption in einem dichroitischen Farbstoff eine Funktion der Orientierung
der Molekülachse zur Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ist, kann durch ein elektrisches Feld die Farbe der nelnatischen
Schicht geändert werden, z.B. rot-—?· farblos, blau—^
farblos, grün —"?" farblos.
Entgegen der in der Literatur verbreiteten Meinung, daß aas
elektrische Feld über leitende Elektroden, z.B. SnOp oder Al an den flüssigen Kristall gelegt werden muß, zeigte sich bei eigenen
Versuchen, daß bei Anlegen eines Wechselfeldes ein flüssiger Kristall, der in eine isolierende Folie eingebracht ist,
ebenfalls in den Zustand der dynamischen Streuung kommt. Deshalb ist es möglich, Verfahren zur Einbettung der nematischen
Substanzen anzuwenden, die denen ähnlich sind, die schon heute technisch bei der Einbettung von cholesterinischen Substanzen
ausgenutzt werden.
Die bisher bekannten Anzeigeschirme mit flüssigen Kristallen
sind aus zwei Glasplatten aufgebaut, zwischen denen sich der flüssige Kristall in einer etwa 20/uia dicken Schicht befindet.
Große Schwierigkeiten bestehen jedoch noch bei der Herstellung
großflächiger Schirme, da noch keine Möglichkeit bekannt ist, Flüssigkri stallöc"nichten zn erzeuger, die bei großer FiHchen.aus*
VPi 9/71Z/G079 209833/0900
dehnung eine völlig einheitliche Dicke besitzen. Legt man an
die Schicht eine bestimmte Feldstärke, so hängt der Streuzustand mit von der Dicke der Schicht ab. Eine uneinheitliche
Schichtdicke führt deshalb zu einer fehlerhaften Bildwiedergabe .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, großflächige Anzeigeschirme
mit flüssigen Kristallen von einheitlicher Dicke herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß der
flüssige Kristall in einheitlicher Dicke in eine bzw. zwischen zwei transparente Trägerfolie(n) eingebettet ist. Vorzugsweise
wird die konstante Schichtdicke dadurch erreicht, daß die Trägerfolie aus einem Material besteht, das die Fähigkeit besitzt,
den flüssigen Kristall aufzusaugen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung fertigt man die Folien aus einer Mischung von flüssigen
Trägermaterial und flüssigem Kristall. Brauchbar sind für diesen Zweck als Trägermaterial, z.B. Gelatine, Cellulosederivate, Polyvinylalkohol,
ein Gemisch aus Collodium und Butylacetat oder aus jüitrocellulose und Anylacetat. Die Emulsion kann zu einem
Film ausgezogen werden, der aushärtet. Bei diesem Verfahren erhält man eine feste Folie, in die der Flüssigkristall tropfchenförmig
eingebettet ist.
Vorteilhafterweise sollte das Material der Trägerfolie (bei Gleichspannungsbetrieb) einen so kleinen spezifischen Widerstand
aufweisen, daß der überwiegende Teil einer an den Schirm angelegten elektrischen Spannung am flüssigen Kristall liegt.
Zu einem guten Ergebnis kommt man auch, wenn der flüssige Kristall zwischen zwei Trägerfolien eingebettet ist, wobei
wenigstens eine der Trägerfolien ein Prägemuster mit waffelartigen Vertiefungen gleicher Tiefe besitzt.
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Zu einem ebenfalls guten Resultat kommt man, wenn der flüssige Kristall sich in den Aussparungen einer Lochmaske "befindet,
die auf ihren beiden Seiten jeweils von einer Trägerfolie bedeckt ist. Unter einer Lochmaske ist hierbei eine Scheibe zu
verstehen, die von einheitlicher Dicke ist und die.viele Löcher aufweist.
Die einheitliche Dicke läßt sich schließlich auch insbesondere dadurch erreichen, daß der flüssige Kristall sich zwischen zwei
!Prägerfolien befindet, die miteinander in äquidistanten Punkten oder längs äquidistanten Linien verschweißt sind.
Wenn sich der flüssige Kristall zusammenhängend zwischen Trägerfolien
befindet, dann sollen alle diese erwähnten Trägerfolien insbesondere aus Kunststoff bestehen.
In den Figuren 1 bis 8 werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
Fig.1 und 2 zeigen Schnittdarstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
Fig.3 und 4 zeigen Schnittdarstellungen eines zweites Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
Fig.5 und 6 zeigen Schnittdarstellungen eine3 dritten Ausführungsbeispiels
der Erfindung,
Pig.7 und 8 zeigen Schnittdarstellungen eines vierten Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
Fig.1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele, bei dienen der flüssige
Kristall in nicht zusammenhängender Form mit der Trägerfolie verbunden ist.
1 ist die Trägerfolie, die mit dem Flüssigkristall getränkt ist. Damit eine Eildwlrkung erzeugt wird, muß an dieser Folie 1 ein
elektrisches Feld angelegt werden. Hierzu kann auf beiden Seiten der Folie 1 je ein System von parallelen Lederstreifen x^,
χ« ··· ßowie y-jS^f ··· angeordnet werden, wobei diese beiden
VPA 9/712/0079 209833/0900 „6-
Leitersysteme senkrecht aufeinander stehen. Die mit dem Flüssigkristall
getränkte Folie 1 kann mit zwei weiteren Deckfolien 2 aus Kunststoff verbunden sein.
Will man nun auf diesem Schirm ein Bild erzeugen und z.B. den Punkt Xpv2 ans*euem>
so legt man die beiden Leiterstreifen Xg
und y2 eine Spannung an. Der Anzeigeschirm wird dann an der Steile
XpYp entweder "weiß" oder er ändert seine Farbe. Bei gleichmäßiger
Durchleuchtung des Schirmes mit weißem Licht ist an dieser Stelle ein Bildpunkt zu erkennen.
Eine ähnliche Ausführungsform der Erfindung wie die anhand der
Fig.1 und 2 beschriebene gewinnt man, wenn man eine Folie aus einer Mischung von Flüssigkristall und flüssigem Trägermaterial,
z.B. in Butyläcetat gelöstes Kollodium herstellt!und anstelle der
Folie 1 in Fig.1 und "2 verwendet.
Die Fig.3 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen sich der
flüssige Kristall in den waffelartigen Vertiefungen der einen Trägerfolie, in den Löchern einer Lochmaske bzw. zwischen zwei
äquidistant verschweißten Trägerfolien befindet.
Die Fig.3 und 4 zeigen eine Trägerfolie 3, die ein Prägemuster
mit waffelartigen Vertiefungen besitzt. Diese Vertiefungen sind mit dein Flüssigkristall 10 randvoll gefüllt. Die Trägerfolie 3
selbst ist durch eine zweite planparallele Folie 5 abgedeckt. Auf der äußeren Fläche der Trägerfolie 3 und auf der äußeren
Fläche der Folie 5 kann wieder je ein System von parallelen Leiterstreifen
x^t*2 ··· ^zw» νι*ν2 ··· angeordnet sein, wobei diese
beiden Systeme wieder senkrecht aufeinanderstellen.
Die Fig.5 und 6 enthalten eine Lochmaske 6, d.h. eine planparallele
Folie mit vielen senkrechten Löchern 7 darin, die wiederum angefüllt sindmit dem Flüssigkristall 10. Die Lochmaske 6 ist auf
beiden Seiten abgedeckt durch je eine planparallele Kunststofffolie
5 bzw. 8. Auf den Innenseiten der Folien 5 und 8 befindet
VPA 9/712/0079 209833/0900 "7~
sich wieder, z.B. je ein Leiterstreifensystem mit den Leiterstreifen
X1,X2 ··· y-j»y2 '"' wo1:>ei die "beiden Systeme wieder
senkrecht aufeinanderstehen. Auch hier sind alle Materialien transparent.
Die Pig.7 und 8 zeigen schließlich ein System von zwei planparalleln
Kunststoffolien 5 und 8, die an Punkten 9 oder an Linien äquidistant miteinander verschweißt sind. Zwischen diesen
"beiden Folien 5 und 8 "befindet sich wieder der flüssige Kristall
10. Auf den "beiden miteinander verschweißten inneren oder äußeren
Oberflächen der Folien 5 und 8 ist wieder je ein Leiter- m
system mit den Leiterstreifen x-j»x2 ··· *>zw· 7ι»^ρ '** angeordnet,
wobei die beiden Systeme wieder senkrecht aufeinanderstehen.
8 Figuren
14 Patentansprüche
14 Patentansprüche
VPA 9/712/0079 -8-
209833/0900
Claims (14)
- PatentansprücheQy Großflächiger Anzeigeschirm mit einer flüssigkristallinen Schicht als optisch aktivem Medium, dadurch g e k e η η ze-iehnet , daß der flüssige Kristall in einheitlicher Dicke in eine bzw. zwischen zwei transparente (n) Trägerfolie(n) eingebettet ist.
- 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Trägerfolie aus einem Material "besteht, das die Fähigkeit besitzt, den flüssigen Kristall aufzusaugen.
- 3« Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennseich net , daß die Trägerfolie aus einer Mischung eines flüssigen Trägermaterial und des flüssigen Kristalls hergestellt ist,
- 4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Gelatine als Trägermaterial.
- 5. Anordnung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch Cellulosederivate als Trägermaterial.
- 6. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Polyvinylalkohol als Trägermaterial.
- 7. Anordnung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch ein Gemisch aus Collodium und Butylacetat als Trägermaterial,
- 8. Anordnung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch ein Gemisch au3 Nitrocellulose und Amylacetat als Trägermaterial.VPA 9/712/0079 -9-209833/0900
- 9. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Material der Trägerfolie einen so kleinen spezifischen Widerstand aufweist, daß bei Gleich-■ Spannungsbetrieb der überwiegende Teil einer an dem Schirm gelegten elektrischen Spannung am flüssigen Kristall liegt.
- 10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich -. net , daß der flüssige Kristall zwischen zwei Trägerfolien. eingebettet ist, wobei wenigstens eine der Trägerfolien ein Prägemuster mit waffelartigen Vertiefungen gleicher Tiefe besitzt.
- 11. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der flüssige Kristall sich in den Aussparungen einer Lochmaske befindet, die auf ihren beiden Seiten von je einer Trägerfolie bedeckt ist.
- * Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß der flüssige Kristall sich zwischenzwei Trägerfolien befindet, die miteinander in äquidistanten Punkten oder längs äquidistanten Linien verschweißt sind.
- 13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Trägerfolien aus Kunststoff bestehen.
- 14. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzeugung des dynamic scattering mode an dein flüssigen Kristall entweder ein elektrisches Gleichfeld über Elektroden, die in leitenden Kontakt mit dem aktiven Medium stehen, oder ein elektrisches Viechseifeld über Elektroden, die vom aktiven Medium isoliert sein können, angelegt wird.VPA 9/712/0079209833/0900
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