DE2515976A1 - Optische anzeigevorrichtung - Google Patents
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Description
251597g
Dr.-!ng. E".-;?; Sommorfeld
Cr. Γ -.or v. fcor.vd
ΓΤ- ■-.·■;;. n-tv ·:.-ϊ·Γΐζ
9601-75/ur.U/R Dipi.-i.^. ttc^-vo Hefter
R/263/KGA/RC/sb β München 86, Postfach 850668
United Kingdom No. 16085/74
Filed April 11, 1974
Filed April 11, 1974
THE KANK ORGANISATION LIMITED i'iillbank Tower, i-Iillbank, London, S.W.l. / England
"Optische Anzeigevorrichtung"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Anzeigevorrichtung
mit nematischen Flüssigkristallen.
Zs ist bereits bekannt, nematische Flüssigkristalle für
elektrooptische Anzeigevorrichtungen zu verwenden, indem
man die optische Aktivität von verdrehten nematischen Flüssigkristallen benutzt, die in einer Zelle zwischen parallelen
Elektrodenoberflächen liegen, die linienartige Oberflächenmerkmale aufweisen, mit denen sich die Flüssigkristall-Moleküle
an den Zellwänden ausrichten. Normalerweise ist der Zwischenraum zwischen den Zellwänden derart, daß, wenn
die linearen Oberflächenmerkmale der Zellwände gegenseitig senkrecht zueinander stehen, die nematischen Flüssigkristalle
eine Verdrehung von 90° zwischen den Zellwänden aufweisen,
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so daß die Polarisationsebene des in die Zelle durch eine Wand eintretenden polarisierten Lichtes beim Durchqueren
der Zelle um 90° gedreht wird. Diese optische Aktivität kann durch Anlegen einer, einen bestimmten Schwellwert übersteigenden
Potentialdifferenz zwischen Elektroden an den Innenoberflächen der Zellwände zerstört werden, wobei sich als
Ergebnis davon die Moleküle der nematischen Flüssigkristalle
in dem angelegten elektrischen Feld ausrichten. Eine derartige Flüssigkristall-Zelle kann einen Teil einer elektrooptischen
Anzeigevorrichtung bilden., in der die Zelle beispiels.weise
zwischen gekreuzten Polarisator- und Analysatorvorrichtungen angeordnet ist, so daß Licht durch die Vorrichtung
in Abwesenheit einer angelegten Potentialdifferenz weitergeleitet und wirkungsvoll durch die Vorrichtung
blockiert wird, wenn eine Potentialdifferenz von mehr als dem Schwellwert an die Zelle angelegt wird. Eine derartige
Anzeigevorrichtung ist beispielsweise in der schwebenden britischen Patentanmeldung 40757/71 vom 1. September 1971
beschrieben.
Ein in der Praxis auftretender Machteil 3 der bei Anzeigevorrichtungen
der oben beschriebenen Art mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen beobachtet wurde, ist ein
fleckiges Aussehen oder das Auftreten von farbigen Streifen bzw. Farbsäumen, wenn durch die Zelle Licht hindurchgeht.
— "X mm,
509843/0839
_ *Z M
Ura ein vollständig gleichmäßig beleuchtetes Feld in einer Anzeigevorrichtung sicherzustellen, ist es notwendig, daß
die angenommene molekulare Anordnung des Flüssigkristalls über den gesamten Bereich der Anzeigevorrichtung vollkommen
gleichmäßig sein sollte, und zwar sowohl dann, wenn keine Potentialdifferenz an die Zelle angelegt wird, und auch dann,
wenn eine Potentialdifferenz an die Zelle angelegt wird, die über dem normalen Schwellwert liegt.
Eine bekannte Ursache der Ungleichmäßigkeit in Flüssigkristall-Zellen
bei Anzeigevorrichtungen ist die strukturelle Diskontinuität, die in benachbarten Bereichen eines Flüssigkristalls
entsteht, wo die Drehrichtung der Molekularstruktur gegensinnig ist. Ein bekanntes Verfahren zur Sicherstellung
einer einheitlichen Drehrichtung in einer Flüssigkristall-Zelle besteht darin, in den Flüssigkristall eine
kleine Menge an Flüssigkristall vom cholesterinischen Typ, welcher von Natur aus eine bestimmte Drehrichtung aufweist,
einzuschließen. Beispielsweise verleiht der Zusatz von an-;
nähernd 0,25 Gew.-% an Cholesterylnonanoat zu einem Flüssigkristall
diesem eine einzige Drehrichtung mit einer Steigung von etwa 50 um.
Eine andere Ursache der "Fleckigkeit" in Vorrichtungen mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen rührt von dem ver-
-Jl-
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schiedenartigen Verhalten der Flüssigkristall-fioleküle her,
die in der !litte zwischen den zwei Wänden der Flüssigkristall-Zelle angeordnet sind, wenn eine Potentialdifferenz
zwischen diesen Wenden angelegt wird. In den üblichen Fällen
von Zellen mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen
sind die Flüssigkristall-Koleküle in Ebenen parallel zu den planparallelen Elektroden, welche die Zellxvände begrenzen,
wie dies schematisch in Figur 1 erläutert wird, angeordnet, und die Flüssigkristall-Moleküle sind dabei an den
zwei Elektrodenoberflächen in wechselseitig senkrechten Richtungen ausgerichtet.
Wenn eine Potentialdifferenz zwischen den Elektrodenoberflächen in einer Zelle mit verdrehten nematischen Flüssigkristallen des in Figur 1 der anliegenden Zeichnungen erläuterten
Typs angelegt wird, werden die in der Mitte zwischen den Elektrodenoberflächen gelegenen Moleküle zuerst
durch die angelegte Spannung beeinflußt. In Figur 1 ist ein mit M bezeichnetes Molekül in der Mitte zwischen den Elektrodenoberflächen
angeordnet und es kann sich ein Ende A dieses Moleküls unter dem Einfluß einer angelegten Spannung
entweder zu der einen oder der anderen Elektrodenoberfläche hin bewegen, wie das durch die Pfeile in den Figuren l(a)
bzw. l(b) angedeutet ist. Da das Molekül M in einer zu den beiden Elektrodenoberflächen parallelen Ebene angeordnet
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ist, bestent keine Bevorzugung für die Bewegung des Endes A
dieses i-Ioleküls gegen entweder eine oder die andere der
Elektrodenoberflächen, so daß sich viele der Bereiche des Flüssigkristalls in der in Figur l(a) angegebenen Weise
verhalten, während andere sich, wenn eine Spannung an die
Flüssigkristall-Zelle angelegt wird, in der in Figur l(b) angegebenen Weise verhalten, wodurch dann ein fleckiges Aussehen
über den bereich der Flüssigkristall-Zelle auftritt. Dieses fleckige Aussehen tritt besonders offen zutage, wenn
die Zelle unter einem Winkel betrachtet wird.
Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Ursache der Fleckigkeit oder Diskontinuität zwischen benachbarten Bereichen
einer Flüssigkristall-Zelle dadurch, daß alle die Flüssigkristall-Moleküle in einer, zu den planparallelen
Elektroden der Zelle geneigten Ebene angeordnet werden, so daß die Moleküle immer in der gleichen Weise versetzt oder
verdreht sind, wenn eine gegebene Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird.
Eine praktische Schwierigkeit, die auftreten würde, wenn
alle Flüssigkristall-Moleküle im gleichen Winkel zu den Elektrodenoberflächen geneigt wären, besteht darin, daß in
der Zelle Doppelbrechung auftreten und farbige Streifen entstehen würden, wenn die Zelle zwischen gekreuzten Polarisa-
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toren betrachtet wird. Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit dadurch, daß die Neigung der Flüssigkristall-Moleküle
zu den Elektrodenoberflächen an jeder Zellenwand verschieden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird daher eine optische Anzeigevorrichtung geschaffen, mit einer von parallelen
Wänden begrenzten Zelle mit einem nematischen Flüssigkristall-Material , das zur Erzielung eines gleichmäßigen Verdrehungssinnes
des Flüssigkristall-Materials zwischen den Zellwänden zumindest etwas Flüssigkristall-Material vom cholesterinischen
Typ enthält, wobei die Zellwände flache, mit dem Flüssigkristall-Material in Kontakt stehende Innenoberflächen
besitzen und diese Oberflächen jeweils eine Oberflächenbehandlung aufweisen, derart, daß im wesentlichen alle
in Kontakt mit einer Oberfläche stehenden Flüssigkristall-Moleküle im gleichen Winkel zu der Oberfläche gerichtet
sind, wobei der Winkel für die zwei Oberflächen verschieden ist, und Vorrichtungen zum selektiven Anlegen einer elektrischen
Potentialdifferenz zwischen den Innenoberflächen der Zellwände für den Aufbau eines elektrischen Feldes in dem
Flüssigkristall-Material derart, daß die Flüssigkristall-Moleküle durch das Feld im wesentlichen ausgerichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er-
— 7 —
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findung besteht die Oberflächenbehandlung einer der Zellwände
darin, daß die Flüssigkristall-Moleküle an dieser Oberfläche parallel zur Oberfläche gerichtet sind, während
die Oberflächenbehandlung der anderen Zellwand so erfolgt, daß die Flüssigkristall-Moleküle veranlaßt werden, sich
in einem kleinen Winkel zu dieser Oberfläche auszurichten. Der Neigungswinkel der Flüssigkristall-Moleküle zu dieser
anderen Oberfläche sollte vorzugsweise kleiner als 30° sein
und wird typischerweise innerhalb des Bereiches von 20° bis 30° liegen.
Die Oberflächenbehandlung der Zellwände besteht vorzugsweise
in einer Beschichtung der Innenoberflächen der Zellwände durch Aufdampfen eines geeigneten Materials, beispielsweise
Siliciummonoxid, auf jede Oberfläche in einer vorherbestimmten Richtung, geneigt in einem vorherbestimmten Winkel
zu der Oberfläche. So wird in einer Ausfuhrungsform der Erfindung
das Beschichtungsmaterxal auf die Innenoberflächen der Zellwände mit einem Winkel von im wesentlichen 5° zu
einer der Oberflächen und einem Winkel von im wesentlichen 30° zu der anderen Oberfläche aufgedampft. Es können zur
Erzielung des gewünschten Neigungswinkels der Flüssigkristall-Moleküle zu den Zellwand-Oberflächen Alternativverfahren
der Oberflächenbehandlung angewandt werden, einschliessend verschiedenartige Abrieb-, Aufreibbeschichtungs- und
- 8 509843/0839
Polymerisationsverfahren, die als solche bekannt sind, welche die Flüssigkristall-Moleküle veranlassen können,
sich in einer vorherbestimmten Richtung bezüglich der Oberfläche auszurichten, entweder geneigt in einem gegebenen
Winkel zur Oberfläche oder im wesentlichen parallel zur Oberfläche.
Die Flüssigkristall-Füllung der Zelle enthält vorzugsweise zumindest 0,25 % eines Flüssigkristalls vom cholesterinischen
Typ, beispielsweise Cholesterylnonanoat.
Figur 2 der anliegenden Zeichnungen erläutert beispielsweise in einem rein schematischen Teilschnitt eine Anzeigevorrichtung
gemäß Erfindung, worin ein verdrehter nematischer Flüssigkristall in einer Zelle zwischen parallelen Elektrodenoberflächen
1, 2, welche die parallelen transparenten Zellwände begrenzen, angeordnet ist. Die Flüssigkristall-Moleküle
sind schematisch durch gerade Stäbe M wiedergegeben, die aus Gründen der Einfachheit in einer einzigen Ebene
gezeigt werden, obwohl in der Praxis die benachbarten Moleküle M zueinander unter Bildung einer wendelartig verdrehten
Flüssigkristall-Struktur geneigt sind, wobei die der einen Elektrodenoberfläche 1 benachbarten Moleküle im wesentlichen
senkrecht zu den Molekülen an der anderen Elektrodenoberfläche 2 verlaufen, wie dies schematisch in Figur 1 gezeigt
wird.
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Es ist ersiehtlieh, daß die Moleküle M an der Elektrodenoberfläche
1 im wesentlichen parallel zu dieser Oberfläche sind, während die Moleküle M_ an der Elektrodenoberfläche 2
in einem Winkel von im wesentlichen 20° bis 30° zu der Oberfläche geneigt sind. Wenn deshalb ein elektrisches
Feld Ξ am Flüssigkristall durch Anlegen einer Potentialdifferenz von einer Gleichstromquelle 3 zwischen den Elektroden
I, 2 angelegt wird, wird die anfängliche Verdrehung der verdrehten Flüssigkristall-Struktur, die die Form einer
Verlagerung der Moleküle IIq4 die mitten zwischen den Elektroden
I3 2 angeordnet sind, annimmt, immer in der gleichen
Richtung erfolgen, wie dies schematisch durch Pfeile gezeigt wird, wenn man der Schwellwertspannung über der Zelle näherkommt.
Da die gesamte verdrehte nematische Flüssigkristall-Struktur in der gleichen Weise auf die angelegte Potentialdifferenz
reagiert, wird die Anzeigevorrichtung in ihrem Gesamtbereich ein homogenes Aussehen aufweisen, wobei die
verschiedenen Neigungswinkel der Flüssigkristall-Moleküle zu den zwei Elektrodenoberflächen 1, 2 die Bildung von farbigen
Streifen vermeiden werden, wenn die Anzeigevorrichtung in Abwesenheit einer angelegten Potentialdifferenz
betrachtet wird.
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Claims (6)
- Pat entansprücheOptische Anzeigevorrichtung mit einer von parallelen Wänden begrenzten Zelle, die ein nematisches Flüssigkristall-Material enthält, das zur Erzielung eines gleichmäßigen Verdrehungssinnes des Flüssigkristall-Iiaterials zwischen den Zellwänden zumindest etwas Flüssigkristall-Material vom cholesterinischen Typ enthält, wobei die Zellwände flache, mit dem Flüssigkristall-Material in Kontakt stehende Innenoberflächen besitzen, und mit Vorrichtungen zum selektiven Anlegen einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen den Innenoberflächen der Zellwände für den Aufbau eines elektrischen Feldes in dem Flüssigkristall-Material derart, daß die Flüssigkristall-Moleküle durch das Feld im v/es ent liehen ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Oberflächen (1, 2) jeweils eine Oberflächenbehandlung aufweisen, derart, daß im wesentlichen alle in Kontakt mit einer Oberfläche stehenden Flüssigkristall-Moleküle im gleichen Winkel zu der Oberfläche gerichtet sind, und daß der Winkel für die zwei Oberflächen verschieden ist.
- 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel, den die Flüssigkristall-Moleküle mit den Innenoberflächen der Zellwände einschließen, an der einen Oberfläche kleiner als 30° und509843/0839 - li -an der anderen Oberfläche im wesentliehen 0° ist.
- 3· Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenoberfläche von zumindest einer der Zellwände durch Aufdampfen einer Schicht in einer, bei einem vorherbestimmten Winkel zur Oberfläche geneigten Richtung behandelt ist.
- 4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet , daß der vorherbestimmte Winkel zu der Oberfläche der Richtung der Aufdampfung im wesentlichen 5° für eine Oberfläche und im wesentlichen für die andere Oberfläche beträgt.
- 5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das aufgedampfte Material Siliciummonoxid ist.
- 6. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plüssigkristall-Zellfüllung zumindest 0,25 % Cholesterylnonanoat enthält.5 0 9843/0839Leerseite
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