DE2364641C3 - Elektrooptische Vorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristall - Google Patents

Description

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Adf der Slül/.plattc 1 sind vier Elektrodcnsätze 4,5,6 und 7 angebracht (F i g. 1 und 2), die aus einer dünnen transparenten Z'mnoxidschicht bestehen. Die Elektroden sind in Gruppen von sieben angeordnet, die je eine Acht bilden. Auf bekannte Weise können damit Ziffern dargestellt werden. Auf der Stützplatte 2 ist eine Elektrode H angebracht, die ebenfalls aus einer dünnen Iransparenten Zinnoxidschicht besteht. Ein Spannungsunterschied zwischen einer oder mehreren Elektroden uuf der Stlllzplalle 1 und der Elektrode 8 auf der Stützplatte 2 ruft ein elektrisches Feld senkrecht zur l'lügmgkristullschicht 3 hervor.

Die StUtzpliitten 1 und 2 sind durch Reiben derart bearbeitet, daß die langgestreckten Moleküle, die sich in einer un die Stüt/.plattc grenzenden Schicht befinden, eine Vorzugsorientierung aufweisen. Diese Vorzugsorientierung ist im Falle der Stützplatte 1 zu der 'Zeichnungsebene parallel und im Falle der Stützplatte 2 zu der Zeichnungsebene senkrecht. In Fig.2 ist dies symbolisch angedeutet. Die Orientierung wird von den Molekülen an benachbarte Moleküle weitergeleitet, wodurch die Orientierung der Moleküle von der Stutzplntte 2 zu der Stützplatte 1 über 90° verschoben <-~ wird. Einfüllendes Licht 9 passiert einen Polarisator 10 mit einer zu der Zeichnungsebene senkrechten Polarisationsrichtung. Die Polarisationsrichtung des Lichtes, das die Schicht aus einem nemutischen Flüssigkristall 3 »wischen zwei nicht erregten Elektroden, z. B. 8 und 4, passiert, wird durch den sogenannten »Twist« (Verdrehung) im Flüssigkristall Ober 90° verschoben. Das Licht wird dann von einem Polarisator It mit einer zu der Zeichnungsebene parallelen Polarisationsrichtung durchgelassen.

Zwischen den Elektroden 8 und 5 bzw. 8 und 7 herrscht jedoch ein Spannungsunterschied vor. Dadurch werden die langgestreckten Moleküle derart ausgerichtet, daß sie zu den Feldlinien des elektrischen Feldes parallel sind, weil bei der angewandten Frequenz ε|| größer als elist

Dies hat zur Folge, daß die Polarisationsrichtung des Lichtes nicht zwischen den betreffenden Elektroden gedreht wird, wodurch das Licht den Polarisator 11 nicht passieren kann. Die Elektroden 5 und 7 heben sich also dunkel gegen einen hellen Hintergrund ab. Dadurch, daß die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren 9 und 11 beide senkrecht zu der Zeichnungsebene gewählt werden, heben sich die erregten Elektroden hell gegen einen dunklen Hintergrund ab. Auch ist es möglich, in der Flüssigkristallschicht 3 keinen »Twist« hervorzurufen, sondern z. B. allen Molekülen im unerregten Zustand eine zu der Zeichnungsebene parallele Orientierung zu geben. Die Flüssigkristallschicht wirkt dann auf bekannte Weise als doppelbrechendes Element und kann, wenn sie zwischen zwei Polarisatoren angeordnet wird, auf bekannte Weise für Bildwiedergabezwecke verwendet werden.

Beim Einschalten beträgt die Anstiegzeit von 10% auf 90% des maximalen Kontrasts etwa 15 msec bei einer Wechselspannung von 25 V, 500 Hz. Nach dem Ausschalten der Spannung beträgt die Abfallzcit von 90% auf 10% des maximalen Kontrasts etwa 500 msec. Diese Abfallzeit ist naturgemäß für Bildwiedergabezwecke

viel zu lang. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung wird eine Wechselspannung von 25 V, 70 kHz verwendet, um die Abfaüzeit zu verkürzen. Die Abfaüzeit wird dadurch auf etwa 15 msec herabgesetzt Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei 7OkHz el größer als ε\\ ist, wodurch die langgestreckten Moleküle senkrecht zu den Feldlinien des elektrischen Feldes ausgerichtet werden. Sie wenden dadurch einer zusätzlichen Kraft ausgesetzt, die sie in den unerregten Zustand zurücktreibt Ohne Wechselspannung erreichen die Moleküle den unerregten Zustand dadurch, daß die Moleküle in den an die Stützplatten 1 und 2 grenzenden Schichten ihre Vorzugsorientierung weiterleiten. Diese Erscheinung pflanzt sich bis zu der Mitte der Schicht 3 fort, was eine um so längere Zeit in Anspruch nimmt je dicker die Schicht 3 und je größer ihre Viskosität ist

Ein weiteres Beispiel eines in der erftndungsgemäßen Vorrichtung anwendbaren Flüssigkristalls ist ein Gemisch der nachstehenden drei Stoffe:

.,)— C=N

wobei R₁=Ii-C₄H₉O-. R₂= η-QH₁₃O- und

ist Dieses Gemisch wird
Physics«, Heft 56, Nr. 14,
1494-1497 beschrieben.

in »Journal of Chemical den 15. Februar 1972, S.

Hierzu 1 Blau Zeichnuneen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrooptische Vorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristall zwischen einer ersten und einer zweiten Stützplatte, bei der mindestens eine dieser Stützplatten transparent ist, und die Stützplatten mit Elektroden zur Erzeugung eines zu der Flüssigkristallschicht senkrechten elektrischen Feldes versehen sind, bei der beim Fehlen des genannten elektrischen Feldes die große Achse der Moleküle des Flüssigkristalls eine zu den genannten Stützplatten parallele Orientierung aufweist, wobei die Orientierung in einer an die erste Stützplatte grenzenden Schicht zu einer ersten Richtung und in einer an die zweite Stützplatte grenzenden Schicht zu einer zweiten Richtung parallel ist, die weiter mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe elektrische Spannungen den genannten Elektroden zugeführt werden, und bei der der Flüssigkristall eine dielektrische Anisotropie Δε = ε|| — εΐ aufweist, die unterhalb einer bestimmten kritischen Frequenz positiv und oberhalb der genannten kritischen Frequenz negativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten elektrischen Spannungen eine Frequenz unterhalb der genannten kritischen Frequenz zum Erregen der Vorrichtung und eine Frequenz oberhalb der genannten kritischen Frequenz zum beschleunigten Ausschalten der Vorrichtung aufweisen.

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   Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Vorrichtung mit einer Schicht aus einem nematischen Flüssigkristall zwischen einer ersten und einer zweiten Stützplatte, bei der mindestens eine dieser Stützplatten transparent ist, und die Stützplatten mit Elektroden zur Erzeugung eines zu der Flüssigkristallschicht senkrechten elektrischen Feldes versehen sind, bei der beim Fehlen des genannten elektrischen Feldes die große Achse der Moleküle des Flüssigkristalls eine zu den genannten Stützplatten parallele Orientierung aufweist, wobei die Orientierung in einer an die erste Stützplatte grenzenden Schicht zu einer ersten Richtung und in einer an die zweite Stützplatte grenzenden Schicht zu einer zweiten Richtung parallel ist, die weiter mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe elektrische Spannungen den genannten Elektroden zugeführt werden, und bei der der Flüssigkristall eine dielektrische Anisotropie Δε = ε|| - si aufweist, die unterhalb einer bestimmten kritischen Frequenz positiv und oberhalb der genannten kritischen Frequenz negativ ist.

   Dabei ist unter ε|| die bei einem zu der großen Achse der Moleküle parallelen elektrischen Feld gemessene Dielektrizitätskonstante zu verstehen, und unter El die bei einem zu der großen Achse der Moleküle senkrechten elektrischen Feld gemessene Dielektrizitätskonstante.

   Die Orientierung der großen Achse der Moleküle kann derartig sein, daß die genannte erste und die genannte zweite Richtung zueinander senkrecht sind. 6s Die Vorrichtung wird dann manchmal ais »Twistor« bezeichnet und ist bekannt aus dem Artikel »Voltage dependent optical activity of a twisted nematic liquid crystal«, Appl. Phys. Lett. 18 (1971), S. 127 und 128. Die Orientierung der Moleküle verschiebt sich dabei über 90° von der ersten Stützplatte zu der zweiten Stützplatte. Die Polarisationsrichuing linear polarisierten Lichtes wird von einer derartigen Vorrichtung in unerregtem Zustand über 90° verschoben. Wenn an einigen Elektroden eine Gieichspannung oder eine Spannung niedriger Frequenz angelegt wird, wird die Orientierung der Moleküle an der betreffenden Stelle im Zusammenhang mit ihrer positiven statischen dieelektrischen Anisotropie von parallel zu den Stützplatten zu senkrecht zu den Stützplatten geändert. Dies hat zur Folge, daß die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichtes nicht mehr verschoben wird. Wenn sich die Vorrichtung zwischen kreuzweise angeordneten Polarisatoren mit zu der genannten ersten bzw. zu der genannten zweiten Richtung parallelen Polarisationsrichtungen befindet, hat dies zur Folge, daß sich erregte Teile der Vorrichtung dunkel gegen einen hellen Hintergrund abheben. Wenn sich die Vorrichtung zwischen parallelen Polarisatoren mit zu der genannten ersten oder zu der genannten zweiten Richtung parallelen Polarisationsrichtungen befindet, hat dies zur Folge, daß sich erregte Teile der Vorrichtung hell gegen einen dunklen Hintergrund abheben.

   Die Orientierung der großen Achse der Moleküle kann auch derartig sein, daß die genannte erste und die genannte zweite Richtung zueinander parallel sind. Die Vorrichtung wirkt dann im unerregten Zustand als doppelbrechende Zelle. Auch in diesem Falle hat ein niederfrequentes elektrisches Feld zur Folge, daß die Orientierung der Moleküle von parallel zu den Stützplatten zu senkrecht zu den Stützplatten geändert wird, wodurch die Doppelbrechung verschwindet Die Anwendung kreuzweise angeordneter Polarisatoren verhindert dann wieder den Durchgang von Licht im erregten Zustand.

   Ein Nachteil der beschriebenen Vorrichtungen besteht darin, daß der unerregte Zustand nur langsam nach dem Ausschalten der Spannung erreicht wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß nach dem Ausschalten der Spannung die Vorzugsorientierung, die die Moleküle in den an die Stützplatten grenzenden Schichten aufweisen, sich bis zu der Mitte der Schicht fortpflanzen muß, wobei die Dicke der Schicht und die Viskosität des Flüssigkristalls eine Rolle spielen. Das Einschalten erfolgt dagegen wohl schnell, weil dabei alle Moleküle zur gleichen Zeit dem Einfluß des elektrischen Feldes ausgesetzt werden.

   Die Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen, mit deren Hülfe die Ausschaltzeit der Vorrichtung verkürzt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die genannten elektrischen Spannungen eine Frequenz unterhalb der genannten kritischen Frequenz zum Erregen der Vorrichtung und eine Frequenz oberhalb der genannten kritischen Frequenz zum beschleunigten Ausschalten der Vorrichtung aufweisen. Wenn die dielektrische Anisotropie negativ ist, d. h, daß el größer als e|| ist, werden die Moleküle von einem elektrischen Feld derart ausgerichtet, daß ihre große Achse senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes steht Dies bedeutet im vorliegenden Fall, daß die Moleküle einer äußeren Kraft ausgesetzt werden, die sie zu einer zu den Stützplatten parallelen Orientierung zurücktreibt Zu diesem Zweck werden eine Spannung hoher Frequenz und ein r.eir.atischer Flüssigkristall verwendet, dessen dielektrische Anisotropie ihr Vorzeichen bei zunehmender Frequenz wechselt Die Hochfre-