DE2350925A1

DE2350925A1 - Fluessige kristalline substanz und ihre anwendung bei sichtanzeigevorrichtungen

Info

Publication number: DE2350925A1
Application number: DE19732350925
Authority: DE
Inventors: George Assouline; Michel Hareng; Eugene Leiba
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-10-10
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-18
Also published as: GB1440494A; FR2213100B1; US4222636A; FR2213100A1; JPS4973389A

Description

Flüssige kristalline Substanz und ihre Anwendung bei Sichtanzeigevorrichtungen

Die Erfindung bezieht sich auf flüssige kristalline Sub» stanzen, die insbesondere für Lichtmodulatoren und elektrisch gesteuerte Sichtanzeigevorrichtungen bestimmt sind.

Es ist bekannt, für die Bildung von Sichtanzeigevorrichtungen dünne Flüssigkristallschichten zu ver\^enden_s deren optische Eigenschaften in der nematischen Phase sich unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ändern. Man benutzt beispielsweise die Erscheinung der sogenannten dynamischen Streuung, die durch ein elektrisches Feld ausreichender Intensität verursacht wird und durch Streuung des einfallenden Lichtes den diesem Feld ausgesetzten Teil einer ursprünglich durchsichtigen Flüssigkristallschicht undurchsichtig macht, wodurch die Sichtbarmachung

Lei/Pe

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von Bildern oder Zeichen ermöglicht wird. Man benutzt auch die Erscheinung der Änderung der Doppelbrechung unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes ausreichender Intensität, welche den Betrieb mit chromatischer Polarisation und die aufeinanderfolgende Anzeige von Daten mit einem Nachleuchteffekt durch ein Zeitmultiplexverfahren ermöglicht.

Wenn eine Vorrichtung dieser Art für die Sichtbarmachung von zahlreichen Zeichen oder Schriftzeichen verwendet wird, ist es im allgemeinen erwünscht, daß die Zeit, in der sich die zuvor erwähnten Erscheinungen (dynamische Streuung oder Änderung der Doppelbrechung) in der Flüssigkristallschicht ausbilden und die eine Kenngröße des Materials für ein gegebenes elektrisches Feld ist, sehr klein ist, und zwar zu dem Zweck, für die Sichtanzeigevorrichtung eine maximale Kapazität zu erzielen, wie später gezeigt wird.

Gegenstand der Erfindung ist eine flüssige kristalline Substanz, die durch die Mischung von Flüssigkristallen erhalten wird, von denen jeder einen definierten Koeffizient der dielektrischen Anisotropie hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Anzahl der die Mischung bildenden Flüssigkristalle 2, und sie sind in der Mischung in solchen Anteilen vorhanden, daß das resultierende Material einen sehr kleinen Koeffizient der dielektrischen Anisotropie aufweist. In der nematischen Phase eines solchen Materials ist unter den üblichen nachstehend beschriebenen Betriebsbedingungen die Ausbildungszeit der Änderung der Doppelbrechung kurz, da es sich herausstellt, daß diese Zeit

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eine mit dem Anisotropiekoeffizient der Mischung wachsende Funktion ist.

Es sei daran erinnert, daß mit dem Namen Flüssigkristalle bestimmte Sonderformen der Organisation von Molekülen bezeichnet werden. Diese Organisationsformen, die zwischen der Ordnung eines Kristalls und der Unordnung einer Flüssigkeit liegen, äußern sich im Auftreten eines viskosen Zustands bei bestimmten Stoffen und in einem definierten Temperaturbereich. Die nematischen Flüssigkristalle sind . durch die Ausrichtung der sie bildenden langgestreckten Moleküle parallel zu der Längsrichtung der Moleküle gekennzeichnet .

Eine zur Anzeige eines Schriftzeichens bestimmte Flüssigkristallzelle, die hier Elementarzelle genannt wird, besteht üblicherweis e aus einem dünnen Flüssigkristallfilm, der zwischen zwei Glasplatten angebracht ist, die parallel zueinander angeordnet sind und jeweils teilweise oder vollständig mit einer Elektrode überzogen sind, wobei wenigstens eine dieser beiden Elektroden lichtdurchlässig ist. Ferner ist wenigstens eine dieser Elektroden entsprechend der geometrischen Form des anzuzeigenden Schriftzeichens ausgeschnitten« Das Anlegen einer Spannung an diese beiden Elektroden ermöglicht durch die zuvor erwähnten elektro-optischen Mechanismen (dynamische Streuung oder Änderung der Doppelbrechung) die Sichtbarmachung der erwähnten geometrischen Form mit Hilfe einer geeigneten Beleuchtung.

Es ist auch möglich_s sogenannte Mehrfachzellen zu bilden, welche das wahlweise Anzeigen eines von mehreren (p) mög-

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lichen alphanumerischen Schriftzeichen ermöglichen. In diesem Fall bedeckt eine der Elektroden die eine Fläche der Zelle vollständig, und die andere Elektrode ist nicht mehr in Form eines einzigen anzuzeigenden Schriftzeichens ausgeschnitten, wie im Fall einer Elementarzelle, sondern in η Segmente unterteilt, die miteinander in ρ verschiedenen Yfeisen kombiniert werden können, damit die geometrischen Formen von ρ Schriftzeichen geliefert werden. Die Steuerung einer solchen Mehrfachzelle erfolgt dadurch, daß einerseits die gemeinsame Elektrode an ein Potential V ,gelegt wird, während andererseits diejenigen Segmente , die zu der das gewünschte Zeichen bildenden Kombination gehören ( und hier zur Vereinfachung "Arbeitssegmente'¹ genanntwerden) an ein Potential V-, gelegt werden, Diese Potentiale V und V-, sind so gewählt, daß jedes von ihnen kleiner als ein Schwellenwert V_ ist, unter welchem die für die Anzeige benutzte elektrooptische Erscheinung nicht auftritt, während ihre Summe (V_ + V_n) größer als dieser Schwellenwert ist.

C -L

Dieser Schwellenwert V hängt insbesondere von der Struktur des die Zelle bildenden Flüssigkristalls ab.

Zur Anzeige von Nachrichten oder numerischen Daten, die N Schriftzeichen umfassen, bildet man Tafeln aus N gleichen Mehrfachzellen, von denen jede die Anzeige eines von ρ alphanumerischen Schriftzeichen ermöglicht. Die Steuerung solcher Tafeln erfolgt sequentiell durch Ausnutzung der Eigenschaften der Netzhautträgheit nach dem sogenannten Zeitmultiplexverfahren: die einander entsprechenden Segmente aller Zellen sind in Serie geschaltet und bilden somit η Reihen oder "Zeilen"? die gemeinsame Elektrode jeder Zelle wird für eine Zeitdauer t auf das Potential V gebracht, und während dieser Zeit t wird ein Potential V₁ an die Zeilen angelegt,

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welche die Arbeitssegmente der betreffenden Zelle enthalten, so daß dann nur diese Segmente ein optisches Signal liefern, obei die Potentiale V₁ und V^ jeweils für

JL C

sich kleiner als der Schwellenwert V_ sind. Indem je-

de der N gemeinsamen Elektroden nacheinander für eine Zeit t an das Potential V gelegt wird, erzielt man auf diese Weise die sequentielle Anzeige jedes der N Schriftzeichen j nach einer Zeit T = Nt ist die ganze Nachricht angezeigt worden, und dank der Erscheinung der Nachwirkung der Netzhautbilder ist es möglich, einen kontinuierlichen visuellen Eindruck zu erzielen, indem ein solcher Zyklus mit einer Periode T wiederholt tfird, die kleiner als etwa 50 ms ist.

Eine etwas abgeänderte Betriebsweise solcher Anzeigetafeln, die auf dem gleichen Prinzip beruht, besteht darin, daß dauernd ein Potential Vp ^an ^ie Segmente und ein Potential V-* an die gemeinsamen Elektroden aller Zellen angelegt wird, wobei die Werte dieser Potentiale Vp ^{un(i v}^ ^{vrie 2U}~ vor so bemessen sind, daß nur die Arbeitssegmente an einer Potentialdifferenz, genannt Steuerpotential, liegen, die größer als der Schwellenwert V_ ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß dann ein Steuerpotential angewendet werden kann, das größer als der Wert 2V_g ist, welcher der Grenzwert in dem Fall ist, daß das Steuerpotential nur gleich der Summe V_ + V_n ist.

Mit Hilfe des Zeitmultiplexverfahren kann also die Steuerung der Anzeige von Daten aus N Schriftzeichen mit Hilfe einer einzigen elektronischen Anordnung durchgeführt werden, die Schriftzeichengenerator genannt wirdj dieser

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Scbrlftzeichengenerator ist an die Zeilen der Anzeigetafel angeschlossen und enthält wenigstens eine Stromversorgung, einen Taktgeber und eine digitale Anordnung, die es ermöglicht, die Zeilen aufgrund einer äußeren Steuerung auszuwählen. Die Zahl N stellt somit die MuI-■fciplexierkapazität der Anzeigetafel dar. Aus offensichtlichen Gründen der Vereinfachung des elektronischen Teils der Vorrichtung ist es erwünscht, daß diese Zahl N so groß wie möglich ist. Diese Zahl hängt von den Zeiten T vxLÜ. t ab, die ihrerseits von den Eigenschaften des verwendeten Flüssigkristalls abhängig sind; insbesondere kann die Zeit t umso kürzer und demzufolge die Zahl N umso größer sein, je kürzer die Zeit t der Ausbildung der benutzten elektro-optischen Erscheinung ist.

Falls eine elektro-optische Erscheinung angewendet wird, bei der ein Feldeffekt auftritt, wie es bei der zuvor beschriebenen Änderung der Doppelbrechung oder auch bei der Benutzung eines gewendelten nematischen Flüssigkristalls (•"tvfisted nematic" im englischen Sprachgebrauch) der Fall Ist, zeigt die Rechnung die folgenden Ergebnisse, die durch die Erfahrung bestätigt werdeni einerseits ist die Zeit t eine mit dem Unterschied zwischen dem Steuerpo-■terrfcial und dem Schwellpotential V_ schnell abnehmende Funktion, und andererseits ändert sich das Schwellenpotential "V wie 1/¥ε~, wobei ε_ der Koeffizient der dielek-

s a et

irischen Anisotropie des betreffenden Kristalls ist, der durch die Differenz ' ε -ε definiert ist, wobei ε der

ρ s ρ

Wert der Dielektrizitätskonstante des Materials parallel zn dem angelegten elektrischen Steuerfeld und ε der Wert der Dielektrizitätskonstante des Materials senkrecht zu

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der Richtung des angelegten elektrischen Steuerfelds sind. Da bekannt ist, daß in der Praxis der für das Steuerpotential gewählte Wert in der Größenordnung

von 3V„ ist, geht aus den vorstehenden Angaben hers

vor, daß die Zeit t_m eine mit t_& wachsende Funktion ist.

Das erfindungsgemäße Material ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Mischung von zwei Flüssigkristallen, die jeweils durch einen Koeffizient der dielektrischen Anisotropie ε_α< bzw. ε- gekennzeichnet

el I KXtC

sind, die entgegengesetzte Vorzeichen und nahe beieinanderliegende Werte haben, so daß der Koeffizient ε des

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resultierenden Materials sehr klein ist.

Die Anteile x.. und x„ der beiden den aktiven Teil der Mischung bildenden Materialien sind in erster Annäherung durch die folgenden Ausdrücke gegeben:

^X1 * ^ea1 ^{+ X}2

Genauere Proportionen können experimentell erhalten werden.

Beispiel;

Die Bildung einer Anzeigevorrichtung mit Hilfe eines nematisehen Materials nach der Erfindung, das durch eine Mischung von 40% Methoxybenzilyden - Butylanilin (MBBA) und 60% p-Butylazoxybenzol gebildet war,wies einen

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Koeffizient ε_ von +0,2 auf, der eine Multiplexier-

CL

kapazität ergab, die zweimal größer als diejenige einer Vorrichtung war, die allein mit Hilfe von MBBA gebildet war und deren Koeffizient ε_ den Wert -0,4

hatte.

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Claims

Patentansprüche

M .,/Flüssige kristalline Substanz, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mischung aus wenigstens zwei Flüssigkristallen enthält, die unterschiedliche algebraische Werte des Koeffizients der dielektrischen Anisotropie haben, und daß die Anteile der Kristalle in der Mischung so bemessen sind, daß der resultierende algebraische Wert des
Koeffizients der dielektrischen Anisotropie merklich
kleiner als jeder der Werte dieses Koeffizients für
jeden der Flüssigkristalle ist.
2. Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der resultierende Wert des Koeffizients der dielektrischen Anisotropie im wesentlichen Null ist.
3. Substanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anzahl der die Mischung bildenden Flüssigkrista He zwei beträgt und daß die Werte des Koeffizients der
dielektrischen Anisotropie im wesentlichen gleiche Beträge und entgegengesetzte Vorzeichen haben.
4. Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung bei der Umgebungstemperatur in der nematischen Phase ist.
5. Anwendung der Substanz nach einem der vorhergehenden
Ansprüche bei einer Sichtanzeigevorrichtung, die wenigstens eine flüssige kristalline Schicht und elektrische Steuermittel aufweist.

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6. Anwendung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtanzeigevorrichtung eine mit elektrischer Doppelbrechung arbeitende Vorrichtung ist.

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