DE2350925A1 - Fluessige kristalline substanz und ihre anwendung bei sichtanzeigevorrichtungen - Google Patents
Fluessige kristalline substanz und ihre anwendung bei sichtanzeigevorrichtungenInfo
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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\^endens 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 möglichs 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_ + Vn) 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 2Vg ist, welcher der Grenzwert in dem Fall ist, daß das
Steuerpotential nur gleich der Summe V_ + Vn 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 tm 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 εα<
bzw. ε- gekennzeichnet
el I KXtC
sind, die entgegengesetzte Vorzeichen und nahe beieinanderliegende
Werte haben, so daß der Koeffizient ε des
9.
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 + X2
Genauere Proportionen können experimentell erhalten werden.
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 (6)
- PatentansprücheM .,/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.4098 16/09277350925 - 6. Anwendung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Sichtanzeigevorrichtung eine mit elektrischer Doppelbrechung arbeitende Vorrichtung ist.09816/0977
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