DE2412646A1

DE2412646A1 - Elektro-optisches bauelement

Info

Publication number: DE2412646A1
Application number: DE2412646A
Authority: DE
Inventors: Tetsuro Ohtsuka; Masahide Tsukamotor
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1973-03-20
Filing date: 1974-03-13
Publication date: 1974-10-03
Also published as: FR2222668B1; US3891307A; DE2412646B2; GB1465315A; NL181306C; NL7403768A; NL181306B; CA1018643A; FR2222668A1

Description

verändert wird durch die .and'erung eines Signals, z.B. eines Bildsignals. Diese Technik wird ausgedehnt auf eine X-Y-Matrix-Anzeige, die aus einer Vielzahl einzelner Darstellungselemente besteht, die an den Schnittpunkten mehrerer X- und Y-Elektroden gebildet werden, welche einander mit einen kleinen Spalt dazwischen gegenüber liegen und. sich kreuzen.

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein flackerfreies elektro-optisches Bauelement mit hohem Kontrast, das einen Flüssigkristall verwendet. In letzter Zeit werden elektro-optische Bauelemente, die einen Flüssigkristall verwenden, auf einigen Gebieten der Darstellung verwendet, z.B. bei digitalen Voltmeteranzeigen, Uhren, tragbaren Rechnern usw. Diese Bauelemente können jedoch nur wenige oder einige Ziffern anzeigen. Der Grund für die Begrenzung liegt in der mühsamen Verdrahtung zwischen den Darstellungssegmentelektroden und den Treiberschaltungen. Selbst bei einer Anzeige für 8 Ziffern aus jeweils 7 Darstellungssegmenten ergeben sich 56 Drahtverbindungen zwischen den Darstellungssegmenten und den Treiberschaltungen und eine Drahtverbindung zwischen einer gemeinsamen Elektrode und einer Treiberschaltung.

Iflüssigkristall-Darstelltmgselemente mit viel mehr Einzelelementen (oder Segmenten), die ohne diese mühsame Verdrahtung hergestellt werden können, sind sehr erwünscht. Die bekannten X-Y-Matrix-Anzeigen sind für diesen Zveck geeignet, bei denen η χ η Darstellungselemente an den. dchnittptmkten von m X-JSlektroden und η Y-Elektroden gebildet werden. Sei solchen X-Y-Katrix-Anzeigen werden axe einzelnen Elemente (oder Segmente) sequentiell getrieben, d.h. mit Impulsen betrieben, wobei ein Adressier- oder Abtastverfahren verwendet wird. Es besteht jedoch ein großes Problem, das gelöst werden muß, um mit dem X-Y-Matrix-Darstellungsverfahren ein klares Bild zu erhalten. Dieses Problem sind die sogenannten "Kreuzwirkungen¹¹, d.i. das Phänomen der unerwünschten halben Erregungen von Darstellungselementen, die auf der gewählten X- und Y-Elektrode auftreten neben der vollständigen

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Erregung des Darstellungselementes am Schnittpunkt der beiden Elektroden, wenn eine ausgewählte X-Elektrode und eine ausgewählte !-Elektrode erregt sind. Flüssigkristalle mit einer Schwellenspannung werden zur Vermeidung des ICreuzeffektes verwendet. Ein derartiger Flüssigkeitskristall zeigt eine optische .änderung in der Übertragung oder Reflexion beim Anlegen einer Spannung oberhalb der Schwellenspannung. Bs besteht jedoch noch das andere Problem, daß das Streulicht schnell auf eine angelegte Spannung anspricht, um eine flackerfreie und kontrastreiche Darstellung zu erzielen, da ein Pulsbetrieb oder ein Abtasten angewendet wird bei der X-Y-Matrix-Anzeige. Zusätzlich zu dem oben erwähnten Problem ist erforderlich, daß der Flüssigkristall mit· einer Wechselspannung betrieben wird, um die Lebensdauer zu erhöhen.

Zur lösung dieser Probleme wurden mehrere Verfahren vorgeschlagen, wie das Verbinden einer Diode mit jedem Darstellungselement (Bernard J. Rechner et al., Proc. IEEE, 59., 1566-1579, (1971)), die Aufbringung einer Schicht aus ferro-elektrischem Material auf die Flüssigkristallschicht (J.G-. Grabmaier et al., Mol. Cryst. Mq.. Cryst., J_5_, 95-104 (1971)) oder die Überlagerung der niederfrequenten Erregungsspannung mit einer hochfrequenten Wechselspannung (CE. Stein et al., Appl. Phys. letters, 1_9, 343-345, (1973)). Die bekannten Verfahren sind jedoch noch nicht ausreichend für die praktische Anwendung aufgrund.von Schwierigkeiten bei der Herstellung, langsames Einschalten, langsames Ausschalten, Flackern oder geringem Kontrast. Weiterhin erschwert der die Lebensdauer verlängernde V/echselspannungsbetrieb die Verwirklichung des Flüssigkristall-Darstellungselementes in Form einer X-Y-Matrix. Zum Stand der Technik gehört auch die US-Patentschrift 3 653 745, die ein Darstellungselement offenbart, die sich aber nicht auf eine X-Y-Matrix bezieht, sondern auf. eine Anzeige aus voneinander unabhängigen Darstellungselementen, die von einzelnen Treiberschaltungen getrieben werden. Diese Patentschrift kann also nicht bei einer X-Y-Matrix-Anzeige angewendet werden.

A 0 9 8 /■- Π / Π 7 7 ν

Zusammenfassung der Erfindung

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein neuartiges und verbessertes elektro-optisches Bauelement, das einen Flüssigkristall verwendet und bei dem die herkömmlichen liachteile wie Kreuzwirkung, langsames Ansprechen, Flackern und geringer Kontrast vermieden werden können.

Bin weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte elektro-optische X-Y-Matrix-Anzeige, die leicht hergestellt werden kann und aufgrund eines Wechselspannungsbetriebes eine
hohe lebensdauer aufweist.

Diese Ziele werden erfindungsgemäß erreicht mit einer elektrooptischen Anzeige, bestehend aus (1) einer Flüssigkristallzelle mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, um eine Spannung an eine Flüssigkristallschicht zwischen diesen beiden Elektroden anzulegen, die eine Schwellenspannung V₊, aufweist,

τη

oberhalb der sich ihre optische ϊ/bertragung ändert, wobei mindestens eine der beiden Elektroden lichtdurchlässig ist und der Flüssigkristall ein cholesterischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und zu 30 bis 99 Gew.-y& aus einem nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und zu 70 bis 1 Gew.-^ aus einer Verbindung, ausgewählt aus steroidartigen Verbindungen und optisch aktiven Verbindungen, besteht, und (2) aus einer Vorrichtung zum -indem der
optischen übertragung der Flüssigkristallzelle, bestehend aus

(a) einer ersten, mit der ersten Elektrode verbundenen Schaltung, die Wechselspannungsimpulse mit der Amplitude V, der Frequenz f, der Phase #L , der Zeitdauer T^ und einer Gleichvorspannung von derselben Amplitude wie die ^Tfechs eis pannungsimpulse erzeugt, wobei die Amplitude V größer ist als die
Hälfte der Schwellenspannung V,, , die Frequenz f in einem Bereich von 10 Hz bis 1 kHz liegt, und

(b) eine zweite Schaltung mit der zweiten Elektrode verbunden ist, die eine Wechse!spannung mit derselben Amplitude V, der-

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selben Frequenz f und derselben Vorspannung wie bei den Ue chselspannungs impuls en rind mit einer Phase 0* erzeugt, die für den Zeitraum T₂ iⁿ eine andere Phase jZfp umschaltbar ist, wobei der Zeitraum Tp zwischen U und T₁ verändert wird, lim die optische "übertragung zu ändern,

wobei eine Viech.se!vorspannung, die sich aus der Differenz zwischen der von der ersten Schaltung erzeugten Gleichvorspannung und der von der zweiten Schaltung erzeugten ^Tiechselvorspannung ergibt, einen erregten, lichtdurchlässigen Zustand der Flüssigkristallzelle aufrechterhält und das flackern verringert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Ziele und Kerkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristallzelle ist;

Fig. 2 graphisch die Beziehung zwischen der Amplitude der Wechselspannung und der optischen übertragung der in dieser Erfindung verwendeten Flüssigkristallzelle darstellt;

Fig. 3 graphisch bei (a) einen an die erste Elektrode angelegten Wechseispannungsimpuls, bei (b) eine an die zweite iülektrode angelegte Wechselspannung und bei (c) eine über der Flüssigkristallschicht angelegte Wechselspannung zeigt;

Fig. 4- graphisch an die Flüssigkristallschicht angelegte Wechselspannungen und die entsprechende optische ITd er tragung' zeigt;

Fig. 5 die Beziehung zwischen üer Amplitude der Vechselvorspannung und der Abklingzeit graphisch darstellt;

Fig. 6 eine schenatische Darstellung einer X-Y-Matrix-Anzeige zeigt;

Fi;'. 7 graphisch bei (a) von den X-Treibern erzeugte Vechselspaniiungsimpulse, bei (b) von den f-l'reibern erzeugte

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"j/echselspar.r.tingen und bei (c) an die Da,rs te !lungs elemente angelegte .,'echselspannungen zeigt und

Fig. 8 ein modulares X-Y-Anzeigefeld zeigt, bei dem die 31ektroden besondere i'-ormen haben.

Genaue Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zej.gt eine typische Flüssigkristallzelle der lichtdurchlässigen Type. Eine erste durchsichtige Elektrode 3 auf einem ersten durchsichtigen Träger 1 liegt einer zweiten durchsichtigen Elektrode 4 auf einem zweiten durchsichtigen -Träger 2 gegenüber, wobei ein Spalt durch Abstandsstücke 5 gehalten wird. Der Spalt ist mit einem Flüssigkristall gefüllt. Für den ersten und den zweiten durchsichtigen Träger 1 und 2 wird gewöhnlich Glas oder Kunststoff verwendet. Die erste und die zweite durchsichtige Elektrode 3 und 4 bestehen gewöhnlich aus Indiumoxid- (ln_?0^) oder Zinnoxid-Filmen (3n0p). Es können jedoch auch andere elektrisch leitende Filme, z.B. aus Gold, Silber oder Aluminium verwendet werden, solange sie elektrisch leitend und dünn genug sind, um Licht durchzulassen. Die Abstandsstücke 5 sind gewöhnlich Kunststoffblatter. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode liegt gewöhnlich im Bereich von einigen Ai bis einigen zehn /u. Der Flüssigkristall zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ist ein cholesterischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie. Einzelheiten des Flüssigkristalls werden nachfolgend beschrieben. Die Flüssigkristallschicht 6 wird einem elektrischen Feld ausgesetzt, das erzeugt wird durch die Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 3 und 4. Die Spannungen werden von der ersten und der zweiten Schaltung 7 und 8 geliefert, die mit den entsprechenden Elektroden verbunden sind.

obwohl die Fig. 1 nur die durchlässige Type einer ?lüssigkristallzelle zeigt, kann die reflektierende Type dadurch erreicht werden, dai3 entweder die erste oder die zweite Elektrode lichtreflektierend ausgebildet wird. In diesem Fall muß der Betrachter

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die Zelle von der Seite der lichtdurchlässiger. "ilektrode her "betrachten.

Die elektro-optische Eigenschaft der in Pig. 1 gezeigten Flüssigkristallzeile wird qualitativ in der ?ig. 2 dargestellt. In
I¹Xg.. 2 zeigt die horizontale Achse die Amplitude der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angelegten Wechselspannung, und die vertikale Achse stellt die optische übertragung der Flüssigkristallzelle dar. Die Flüssigkristallzelle ändert sich optisch solange nicht, bis die Amplitude der angelegten Wechselspannung die Schwellenspannung V,, übersteigt. Jen.n die Amplitude der
Wechseispannung ansteigt und die Schwellenspannung V,, übersteigt, "beginnt die optische Übertragung anzttsteigen und gelangt schließlich in die Sättigung. Die Schwellenspannung ändert sich mit einer Änderung der Wellenform der Wechselspannung, der Frequenz, dem Abstand zwischen der dersten und der zweiten Elektrode und der Temperatur. Die in Fig. 2 gezeigte änderung der optischen "übertragung ist bekannt als der elektrisch induzierte Übergang von der cholesterischen zur nematischen Phase.

Fig. 3 zeigt typische Spannungswellenformen, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die G-raphik (a) zeigt eine
Wellenform einer Spannung, die an die erste Elektrode 3 angelegt wird und von der ersten Schaltung 7 erzeugt wird. Die G-raphik (b) zeigt die Wellenform einer Spannung, die an die zweite Elektrode 4 angelegt und von der zweiten Schaltung 8 erzeugt wird. Die G-raphik (a) zeigt, daß die von der ersten Schaltung 7 erzeugte
Spannung ein Wechselspannungsimpuls mit der Frequenz f, der Phase J^₁, der Dauer T.., einer Amplitude V und einer Gleichvorspannung V ist. Hier ist die Amplitude V gleich der oder kleiner als die Schwellenspannung V., in Fig. 1 und größer als die Hälfte der Schwellenspannung V,·, . Die G-raphik (b) zeigt ein Beispiel einer Wellenform der von der zweiten Schaltung 8 erzeugten Spannung. Die Wellenform wird durch ein Signal wie das Bildsignal f;-esterert, um die optische "übertragung der Flüssigkeitskristallzelle zu ändern. Im Fall der Graphik (b) hat die Wechselspannung

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die Frequenz f, die Phase j2L, die Amplitude V und die Vorspannung Y, und sie ändert sich zu einer ¥echse!spannung mit der Frequenz f, der Amplitude Y, der Vorspannung V und einer Phase JZL (= ^₁ + T) für das Zeitintervall T₂. Das Zeitintervall T₂ wird innerhalb des Bereiches O "bis T^ bei Veränderung des Bildsignals verändert. Die Graphik (c) zeigt die Spannungsdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, d.h. die Differenz zwischen den in den Graphiken (a) und (b) gezeigten Spannungen« In dem Zeitintervall T₂ wird eine Wechselspannung mit der Amplitude 2V an die Flüssigkristallschicht angelegt, und in dem anderen Zeitintervall wird eine Viechseispannung mit der Amplitude V angelegt. Obwohl in der Figo 5 nur ein Wechselspannungsimpuls gezeigt wird, wird dieser Wechselspannungsimpuls gewöhnlich wiederholt.

Fig. 4 zeigt das optische Verhalten der Flüssigkristallzelle der Fig. 1, wenn das Zeitintervall Tpgleich T- oder 0 ist.

Wenn das Zeitintervall Tp gleich T₁ ist, werden die an die Flüssigkristallschicht angelegte Spannung und die optische Übertragung der Flüssigkristallzelle durch die Graphiken (a) wiedergegeben. Die Flüssigkristallschicht wird durch eine Wechselspannung der Amplitude 2V erregt, die die Schwellenspannung V_+Vl

übersteigt, und die Schicht wird mit der Anstiegszeit t lichtdurchlässig, !fach dieser Erregung wird der stark optisch durchlässige Zustand der Flüssigkristallschicht durch die auf die Erregung folgende Wechselvorspannung beibehalten, wie es als durchgezogene linie in Fig. 4 (a) gezeigt wird. Bs gibt dann kein Flackern, wenn die in Fig. 4 gezeigte Bildzeit lang wird. Wenn die Wechse!vorspannung fehlt, klingt die optische Übertragung sehr schnell mit einer Abfallzeit t-, ab, wie es als gestrichelte Linie in der Graphik gezeigt wird. Dies wird aus Fig. 5 verständlich.

Fig. 5 zeigt eine Beziehung zwischen der Amplitude der Wechsel-

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vorspannung und der Abfallzeit, d.h. der Zeit, die der lichtdurchlässige Zustand oder die Flüssigkristallzelle "braucht, um in den Zustand der minimalen Lichtübertragung zurückzukehren. Wenn die Amplitude der WechseIvorspannung ansteigt und eine kritische Spannung V übersteigt, dann steigt die Abfallzeit sehr schnell an, bis die Amplitude der We chse Ivors pannung die Schwellenspannung V,, erreicht. Dies ist ein Kennzeichen des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkr is tails.

Einzelheiten des Flüssigkristalle werden nachfolgend noch beschrieben werden. Die Amplitude der in der G-raphik (a) der Fig.4 gezeigten Wechselvorspannung muß deshalb größer sein als die kritische Spannung V , um eine flackerfreie Anzeige zii erhalten. Da jedoch die kritische Spannung V geringer ist als die Hälfte

^C 1

der Schwellenspannung V^, ändert sich die Begrenzung 75· V,, < V

± V₄, für die Amplitude V der Wechselvorspannung nicht. Weiter-"Gn

hin zeigt in Fig. 4 die G-raphik (b) die an die Flüssigkristallzelle angelegte Spannung, wenn das Zeitintervall T₂ gleich 0 wird. Da in diesem Fall kein Erregungsimpuls vorhanden ist, dessen Amplitude V₄, übersteigt und die Amplitude der Wechselvorspan- . nung Null wird, nimmt die starke optische Übertragung sehr schnell mit der Abfallzeit t. ab. Danach wird die optische Übertragung auf einer niedrigen Höhe gehalten. Da die Abfallzeit t-, des in der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristalls ohne die Vorspannung sehr kurz ist, kann eine schnelle Änderung der optischen übertragung erhalten werden. Wenn das Zeitintervall T₂ zwischen ü und T. liegt, wobei 0 und T.. ausgenommen sind, wird eine halbe Erregung erhalten, und damit kann ein Halbton erzielt werden. Wie aus den Graphiken (a) und (b) der Fig. 4 zu ersehen ist, können Flackerfreiheit und hoher Kontrast (das Verhältnis der Menge des von dem Flüssigkristall im erregten Zustand durchgelassenen Lichtes zu der Menge des im nicht erregten, undurchsichtigen Zustand durchgelassenen Licht) erzielt werden. Obwohl in den Figuren 3 und 4 rechteckige Wellenformen verwendet werden, können auch andere Wellenformen, z.B. sinusförmig oder dreieckig, verwendet werden; Und obwohl in Fig. 3 gezeigt wird, daß die

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Phase 0p ^{in der} Graphik (b) gleich. (#. + Γ ) ist, kann die Phase 02 einen anderen Wert zwischen 0^ und 0^ + ?" annehmen.

liachfolgend wird die oben erwähnte Erklärung eines Flüssigkristall-Bauelementes mit einem Darstellungseiement ausgedehnt auf eine X-Y-Matrix-Anzeige mit einer viel größeren Anzahl von Darstellungselementen. In Fig. 6 ist eine typische X-Y-Matrix-Anzeige schematisch dargestellt. Auch in dieser Figur 6 werden selbstverständlich die X- und die Y—Elektroden von Trägern getragen, und die Flüssigkristallschicht befindet sich dazwischen, wobei die Träger und die Flüssigkristallschicht aus Gründen der Vereinfachung nicht gezeigt werden. Die fünf X-Elektroden 9 und die fünf Y-Blektroden 10 bilden 25 Darstellungseiemente, z.B. 0^2» °33» °43 ^{an den} Schnittpunkten. Jede Elektrode wird durch einen X-Treiber XD* .... .XD₁- bzw. durch, einen Y-Treiber YD₁..... YD,- getrieben. Die in der Fig. 6 gezeigte X-Y-Matrix-Anzeige arbeitet folgendermaßen: Jeder der X-Treiber erzeugt Wechselspannungsimpulse, wie sie in Fig. 7 (a) gezeigt werden, bei denen nur eine Periode der Wechselspannung anders als in Fig· 3 (a) angeordnet ist. Die Amplitude V ist gleich der oder kleiner als die Schwellenspannung V., und größer als die Hälfte der Schwellenspannung, wie oben in Verbindung mit Fig. 3 erklärt wurde.

Jeder der Y-Treiber erzeugt eine Wechselspannung, wie sie in Fig. 7 (b) gezeigt wird, in der die Phase für das Zeitintervall Tp, das gemäß einem Bildsignal verändert wird, auf eine andere Phase umgeschaltet wird. In der Fig. 7 (b) ändert nur der YD^-- Treiber die Phase der Wechselspannung in dem Zeitintervall Tp (= T₁), wenn der Treiber XD., die X^-Slektrode erregt. Die erhaltenen Spannungen, die an die Darstellungselemente geliefert werden, z.B. an Cz₂, C„ und C^-z» werden in der Fig. 7 (c) gezeigt. ifur das Dars te llungs element C„ wird durch Wechselspannungsimpulse mit einer Spannung über der Sehwellenspannung V., erregt. Dadurch wird es lichtdurchlässig. Da die Darstellungselemente G^₂ und C., keine so hohe Spannung erhalten, bleiben sie undurchsichtig. Die 3.Ώ. die anderen Darstellungselemente heben C^f ^33» ^43

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angelegten Spannungen können erhalten werden durch Subtraktion eines der Ausgänge der T-Treiber gemäß Pig. 7 ("b) von einem der Ausgänge der X-Treiber gemäß Fig. 7 (a). Alle auf diese Weise erhaltenen Spannungen übersteigen die Schwellenspannung V., nicht. Damit "befinden sich alle Darstellungselemente mit Ausnahme des Elementes CU^ ia. dem in Pig. 7 gezeigten Fall im lichtundurchlässigen Zustand. Hier hat die an jedes Darstellungselement angelegte Wechselvorspannung eine wichtige Rolle "bei der Reduzierung des Flaekerns und der Erhöhung des Kontrastes, wie oben unter Bezugnahme auf die Pig. 4 erklärt wurde. Wenn das Zeitintervall Tp i-ⁿ ähnlicher Weise gesteuert wird und damit die Durchsichtigkeit jedes Darstellungselementes gesteuert wird, wird ein Halbtonbild erhalten.

Die Form der X- und der Y-Elektroden, die in Fig. 6 gezeigt werden, kann so verändert werden, daß Sieben-Segment-Ziffern gebildet werden, wie es Fig. & zeigt. Zum leichten Verständnis werden in Fig. 8 nur Elektroden gezeigt, und das die Segment-Elektroden S.J bis S₇ tragende Substrat wird nicht gezeigt. Auch ist die Platte teilweise weggeschnitten, und der Abstand zwischen den Segmentelektroden und den Zifferneiektroden D.., Ώρ····Ώ auf einem Substrat 11 ist in der Figur vergrößert. Überlappende Teile der Segmentelektroden und der Ziffernelektroden wirken als Darstellungselemente oder -Segmente. Vorzugsweise sind die Leitungen, wie die Teile 12, so dünn, daß sie der Betrachter nicht erkennen kann.

Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkristalle sind cholesterische Flüssigkristalle mit positiver dielektrischer Anisotropie, und sie zeigen einen übergang von der cholesterischen in die nematische Phase, wenn eine Spannung oberhalb eines Schwellenfeldes an sie angelegt wird. Diese Strukturänderung, die durch das elektrische Feld induziert wird, kann beobachtet werden als eine Änderung der optischen Übertragung, wie es in Fig. 2 gezeigt wird. Die cholesterischen Flüssigkristalle sind Gemische, die im wesentlichen aus nematischen Flüssigkristallen

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mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer organischen Verbindung mit jjrehkraft bestehen. Hier bedeutet IirehVraft die Fähigkeit, eine cholesterische Struktur ai'fzubauen, wenn die organische Verbindung rait einem nematischeη Flüssigkristall vermischt wird, jüin nematischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist eine organische Verbindung, deren molekulares "Dipolmoment parallel zu ihrer langen Holekularach.se verläuft. Kachfolgend wird ein nematisch.es Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie als p-nematisches Flüssigkristall bezeichnet. Typische Verbindungen, welche p—nematische Flüssigkristalle darstellen, sind beispielsweise p-Alkoxybenzyliden-p'-cyanoanilin, p-Alkylbenzyliden-p¹-cyanoanilin, p-Cyanobenzyliden-p'-alky!anilin, p-Acyloxybenzyliden-p¹-cyanoanilin, p-Cyanobenzyliden-p'-acyloxyanilin, p-Cyanophenyl-p'-alkylbenzoat, p-Cyanophenyl-p'-alkoxybenzoat, p-Alkylpheny1-p'-cyanobenzoat, p-Alkoxyphenyl-p'-cyanobenzoat, p-Alkoxybenzyliden-p¹-aminoaz ob enz öl, η-Alky1-p-cyanobenzylid en-p'-aminoc innamat, p-n-Alkyl-p'-n-alkylazobenzol, p-Alkyl-p'-cyanodiphenyl.

Ein G-emiscii von zwei oder drei oder mehr Verbindungen von den oben genannten p-nematischen Flüssigkristallen ist ebenfalls ein p-nematischer Flüssigkristall und kann deshalb verwendet v/erden. Es ist bekannt, daß ein Gemisch oder ein p-nematischer Flüssigkristall und ein nematischer Flüssigkristall mit negativer dielektrischer Anisotropie solange ein p-nematischer Flüssigkristall ist, wie aie durchschnittliche Dielektrizitätskonstante parallel zu der langen Molekularachse größer ist als die senkrecht zu der Achse. Auch ein Gemisch mehrerer p—nematischer Flüssigkristalle und mehrerer n-nematischer Flüssigkristalle (nematische Flüssigkristalle mit negativer dielektrischer Anisotropie) kann als p-nematischer Flüssigkristall verwendet werden. Typische Verbindungen, welche n-nematische Flüssigkristalle darstellen, umfassen p-Alkoxy-p'-n-alkylazoxybenzol, p-n-Alkyl-p'-alkoxyazoxybenz öl, p-Alkoxy-p·-alkoxyazoxybenz öl, p-n-Alkyl-p'-alkoxyazobenzol, p-Alkoxy-p¹-alley lazobenzol, p-Alkoxy-p'-alkoxyazobenzol, p-Alkoxybenzyliden-p'-acyloxyanilin, p-n-Alkylbenzyliden-p'-acyloxyanilin, p-n-Alkylbenzyliden-p'-

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alkoxyanilin, p-Alkoxybenzyliden-p'-n-alkylanilin, p-n-Alkylp^f-acyloxyazoxybenzol.

Die Drehkraft besitzenden organischen Verbindungen bestehen ans steroidartigen Verbindungen und einigen optisch aktiven Verbindungen. Die typischen steroidartigen bzw. steroidalen Verbindungen umfassen Oholesterinderivate, wie Cholesterylchlorid, Gholesterylbromid, Cholesterylacetat, Gholesterylbutyrat, Gholesterylheptanoat, Gholesterylnonanoat, Gholesteryloleat, Gholesteryloleylcarbonat, Cholesteryl-2-(äthoxy-äthoxy)-äthylcarbonat. Die optisch aktiven Verbindungen,- welche eine cholesterisch« i^hase zeigen, wenn sie mit nematischem Flüssigkristall gemischt werden, umfassen (+) p-Athoxybenzyliden-p'-(2-methylbutyl)-anilin, (+) p-Methoxybenzyliden-p'-(2-methylbutyl)anilin, (+) Amyl-p-Ccyanobenzilidenamino)cinnamat, (+) p,p^l-(2-methylbutoxy)azoxybenzol.

Nachfolgend werden diese Verbindungen als optisch aktive Verbindungen bezeichnet. Die Menge der steroidartigen Verbindung oder der optisch aktiven Verbindung, die mit dem nematischen Flüssigkristall vermischt wird, ist sehr wichtig, um die in den Figuren 2 und 5 gezeigten elektro-optischen Eigenschaften zu erzielen. Ein cholesterisches Flüssigkeitskristall, das eine steroidartige Verbindung oder eine optisch aktive Verbindung mit mehr als 1 Gew.-^a/o enthält, hat die in Fig. 2 gezeigten elektrooptischen Eigenschaften, 'tfenn. die Konzentration der steroidartigen Verbindung oder der optisch aktiven Verbindung ansteigt, steigt die Schwellenspannung V.^an. Die meisten cholesterischen Flüssigkristalle, die mehr als 7Ü ⁰Ja einer steroidartigen Verbindung oder optisch aktiver Verbindungen enthalten, haben höhere Schwellenspannungen, die die Durchbruchsspannung der Flüssigkristallschicht übersteigen.

Ein cholesterischer Flüssigkristall, der ein Gemisch aus einem p-nematischen Flüssigkristall (88 Gew.-⁰Ja p-Hexylbe.nzyliden-p¹-Gyanoanilin) und einem cholesterischen Flüssigkristall (12 Gew.-$ cholesterisches Nonanoat) hat eine positive dielektrische Ani-

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sotropie und besitzt die in den Figuren 2 und 5 gezeigten elektro-optischen Eigenschaften. Die Schwellenspannung V., beträgt 20 V bei Raumtemperatur (23 G), wenn die Frequenz der angelegten Viechse!spannung 250 Hz beträgt, die Wellenform rechteckig ist Und die Dicke der Flüssigkristallschicht 6/u beträgt. Die Anstiegszeit ist 10 ms, wenn die Amplitude des Wechselspannungs-Erregungsimpulses 40 V beträgt. Die Abklingzeit ist durch eine Wechselvorspannung verlängert. Wenn eine Wechselvorspannung von 19 V an die Flüssigkristallzelle angelegt wird, ist eine Abklingzeit von mehr als 3 min erreichbar. Dann gibt es nur noch wenige Prozent Abfall der optischen "übertragung für 300 ms nach dem Entfernen eines Wechseispannungs-Erregungsimpulses. Es wird eine lange Bildzeit T_f von 300 ms erreicht, wenn die Amplitude V des Wechselspannungsimpulses und der Wechselspannung, die in Fig. 3 gezeigt werden, 19 V beträgt. Wenn die Dauer T₁ eines Wechselspannungsimpulses auf 10 ms gestellt wird (was die Anstiegszeit ist) kann eine X-Y-Anzeige mit 30 X-Elektroden erreicht werden. Vorzugsweise liegt die Frequenz f des Wechselspannungsimpulses und der Wechselspannung in· einem Bereich von 10 Hz bis 10 kHz, v/eil die Lebensdauer des Flüssigkristalls verkürzt wird bei einer Wechselspannungsfrequenz unter 10 Hz und die Abklingzeit kurz wird bei einer Frequenz der Wechselvorspannung über 10 kHz.

Sin cholesterischer Flüssigkristall, der ein Gemisch ist aus den nachfolgenden Verbindungen, hat ebenfalls die in den Figuren 2 und 5 gezeigten elektro-optischen Eigenschaften: p-nematischer Flüssigkristall;

p-n-Butoxybenzyliden-p¹ -cyanoanilin 27 G-ew. -^σβ> p-n-Octoxybenzyliden-p^f -cyanoanilin 18 Gew. -^cß> n-nematischer Flüssigkristall;

p-Methoxybenzyliden-p'-n-butylanilin 48 Gew. -°ß> Gholesterinderivat;

Cholesteryloleylcarbonat 7 Gew.-^

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Dieser cholesterische Flüssigkristall hat eine Schwellenspannung von 10 Y "bei Raumtemperatur (23 G), wenn die Flüssigkristallschicht 6/u dick ist, die Frequenz der arvielegten Wechselspan-

1st

nüng 100 Hz "beträgt und die Wellenform rechteckig. Die Anstiegszeit t "betragt 60 ms, wenn· die Amplitude des Wechselspannungsiiirregungs impuls es 20 V beträgt. Die A"bklingzeit t-, ist länger
als 10 min bei einer Wechselvorspannung von 9,5 V. Wenige Prozent Abfall der optischen Übertragung benötigen etwa 2 min. Bei ähnlichen .Betrachtungen wie beim vorigen Beispiel wird eine
X-Y-Matrix-Anzeige mit 30 (- 2000 / 6o) X-Elektroden wieder erhalten, obwohl die Bildzeit länger ist als in dem vorigen Beispiel.

cholesterischer Flüssigkristall, der ein G-emisch ist aus den nachfolgenden Verbindungen, besitzt ebenfalls· die elektro-optischen ".eigenschaften, wie sie in den Figuren 2 und 5 gezeigt werden:

p-nematischer Flüssigkristall;

p-n-Pentylbenzyliden-p'-cyanoanilin 30 Gew.-^
n-nematischer Flüssigkristall;

p-Methoxy-p'-butylazoxybenzol 46 G-ew.-'/o
optisch aktive Verbindung;

p-Äthoxybenzyliden-p^f-(2-inethylbutyl) anilin 24 G-ew. -$.

Dieser cholesterische Flüssigkristall hat eine Schuellenspan-

nung V₊, von 20 V bei Kaumtemperatur (23°C), wenn die Frequenz
τη

der angelegten Wechselspannung 250 Hz beträgt, die Wellenform
rechteckig ist und die Dicke der Flüssigkristallschicht 6 /u beträgt. Die Anstiegszeit t beträgt 7 ms, wenn die Amplitude des angelegten Wechselspannungs-Erregungsimpulses 40 V beträgt, und die Abklingzeit t^ liegt bei 2 min mit einer Wechselvorspannung von 19V. Die optische Übertragung der Flüssigkristallzelle
nimmt nur um wenige Prozent innerhalb von 150 ms ab. Damit kann eine X-Y-Matrix-Anzeige mit 21 (~150 / 7) X-Slektroden erzielt werden.

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In diesen Beispielen werden X-1-Katrix-Anzeigen erhalten, die etwa 900 Darstellungselemente (30 X-Elektroden mal 30 Y-Elektroden) aufweisen. Ein geringes Flackern wird jedoch dixrch die in Fig. 4 (b) gezeigte Welligkeit verursacht (Welligkeit der optischen Übertragung eines undurchsichtigen Zustandes). Um das Flackern zu verringern, kann die oben erwähnte Anzahl der X-Elektroden verringert werden. Z.B. kann in dem letzten Beispiel eine X-Y-Matrix-Anzeige erhalten werden, die völlig flackerfrei ist und einen hohen Kontrast von etwa 15 aufweist, wenn die Zahl der X-Elektroden auf 1Ü verringert wird.

Es wurde oben "beschrieben, daß die vorliegende Erfindung ein elektro-optisches Bauelement liefert, welches eine X-Y-Matrix-Anzeige mit verbesserter leistung, wie Flackerfreiheit, hoher Kontrast und keine Kreuzwirkung, verspricht bei dem Vorteil der leichten Herstellung. ^y

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

Π w Elektro-optisches Bauelement, gekennzeichnet durch

(1) eine Flüssigkristallzelle mit einer ersten und einer zweiten Elektrode zum Anlegen einer Spannung an eine Flüssigkristallschicht zwischen der ersten und der zweiten Elektrode und mit einer Schwellenspannung V.·.» oberhalb der sich ihre optische Übertragung ändert, wobei mindestens eine der beiden Elektroden lichtdurchlässig ist und der Flüssigkristall ein cholesterischer Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie ist und zu 30 bis 99 Gew.-^ aus einem nematischen Flüssigkristall mit positiver dielektrischer Anisotropie und zu 70 bis 1 G-ew.-$ aus einer Verbindung besteht, die aus der Gruppe der steroidartigen Verbindungen und der optisch aktiven Verbindungen ausgewählt ist, und

(2) durch eine Vorrichtung zum .ändern der optischen übertragung der Flüssigkristallzelle, bestehend aus

(a) einer ersten, mit der ersten Elektrode verbundenen Schaltung, die einen Wechselspannungsimpuls mit der Amplitude V, der Frequenz f, der Phase #L und der Zeitdauer T. sowie einer Gleichvorspannung von derselben Amplitude wie der Wechselspannungsimpuls, wobei die Amplitude V höher ist als die Hälfte der Schwellenspannung V,, und gleich oder niedriger ist als die Schwellenspannung

V., und die Frequenz f in einem Bereich von 10 Hz bis un

1 kHz liegt, und
(b) einer zweiten, mit der zweiten Elektrode verbundenen Schaltung, die eine Wechselspannung erzeugt, deren Amplitude V, deren Frequenz f und deren Vorspannung dieselben sind wie bei dem Wechselspannungsimpuls und deren Phase #L in eine andere Phase 0^ für das Zeitintervall T₂ ^nm~ schaltbar ist, welches sich von 0 bis T^ ändert, um die optische Übertragung zu ändern, wodurch eine sich aus

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der Differenz zwischen der· Gleichvorspannung von der ersten Schaltung und der Wechselvorspannung von der zweiten Schaltung ergebende v/echselvorspannung den erregten, lichtdurchlässigen Zustand der Flüssigkeitszelle aufrecht erhält und das Flackern verringert.
2. Blektro-optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz 0^ - 0^ zwischen der Phase 0* und der Phase $L ^auf ± ^ eingestellt wird.
3. Elektro-optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nematische Flüssigkristall mit der positiven dielektrischen Anisotropie nur aus nematischen Flüssigkristallverbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie besteht.
4-· Elektro-optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nematische Flüssigkristall mit der positiven dielektrischen Anisotropie aus einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer nematischen Flussigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie besteht."
5. Elektro-optisches.Bauelement, gekennzeichnet durch (1) eine X-Y-Katrix-Darstellungsplatte mit einer Vielzahl von X-Elektroden, die auf einem Träger ausgebildet sind, einer Vielzahl von Y-Elektroden, die auf einem anderen Träger ausgebildet sind, wobei die T-Elektroden die X-Elektroden kreuzen und ihnen in einem kleinen Abstand gegenüberliegen, um eine Vielzahl von Darstellungselementen an jedem der Schnittpunkte zu bilden, und wobei ein Flüssigkristall den Spalt zwischen den Elektroden füllt und eine Schwellenspannung V^ aufweist, oberhalb der sich seine optische Übertragung ändert, wobei mindestens einer der Träger mit den X- oder den Y-Elektroden lichtdurchlässig ist und der Flüssigkristall zu 30 bis 99 G-ew. -°/o aus einem nematischen Flüssigkristall mit

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positiver dielektrischer Anisotropie und zu 70 bis 1 G-ew.-^ aus einer Verbindung besteht, die aus den steroidartigen Verbindungen und den optisch aktiven Verbindungen ausgewählt ist, und durch

(2) eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bildes durch Änderung der optischen Übertragung eines jeden Darstellungselementes, bestehend aus

(a) einer Vielzahl von X—Treibern, die mit den X-Elektroden verbunden sind, von denen jeder einen Wechselspannungsimpuls der Amplitude V, der Frequenz f, der Phase #L und der Zeitdauer T. sowie eine Gleichvorspannung erzeugt, die dieselbe Amplitude V wie der Wechselspannungsimpuls aufweist, wobei die Amplitude V höher ist als die Hälfte der Schwellenspannung V.-, und gleich oder kleiner ist als die Schwellenspannung V,, , und wobei die Frequenz f in einem Bereich von 10 Hz bis 10 kHz liegt, und aus

(b) einer Vielzahl von mit den Y-Elektroden verbundenen Y-Treibern, von denen jeder eine Wechselspannung mit derselben Amplitude V, derselben Frequenz f und derselben Vorspannung wie der Wechselspannungsimpuls erzeugt, wobei die Phase 0_Λ in eine andere Phase 0_O für das Zeit-Intervall Tp umschaltbar ist, welches von 0 bis T- entsprechend dem Bildsignal verändert wird,

wodurch eine sich aus der Differenz zwischen der von einem X-Treiber erzeugten Gleichspannung und der von einem Y-Treiber erzeugten Wechselspannung ergebende Wechselvorspannung den erregten, lichtdurchlässigen Zustand des Darstellungselementes aufrecht erhält und das Flackern reduziert.
6. Elektro-optisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz 0* - 0^ zwischen der Phase 0_Λ und der Phase 0₂ auf + Y eingestellt wird.
7. Elektro-optisches Bauelement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall mit der posi-

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tiven dielektrischen Anisotropie nur aus nematischen Plüssigkristallverbindungen mit positiver dielektrischer Anisotropie besteht.
8. ülektro-oxjtisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nematische Flüssigkristall mit der positiven dielektrischen Anisotropie aus einer nematischen Flüssigkristallverbindung mit positiver dielektrischer Anisotropie und einer nematischen Plüssigkristallverbindung mit negativer dielektrischer Anisotropie besteht.
9. 21ektro-optisch.es Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die liarstellungselemente 7-Begment-Zeichen bilden.

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