DE3402469C2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Die Merkmale einer derartigen Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind aus der Druckschrift DE 31 07 827 A1 bekannt.

Ferner ist eine im Prinzip ähnliche Anzeigevorrichtung, bei der erste und zweite Elektroden kammartig ineinandergreifen, aus der Druckschrift GB 20 24 443 A bekannt.

Aus der Veröffentlichung "1982 International Display Research Conference", Seiten 166 bis 170, ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung bekannt, bei welcher Farbstreifen unmittelbar auf oberen freien Flächen von Elektroden angeordnet sind.

Eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die in den Zeichnungen in Fig. 1A in der Ansicht und in Fig. 1B im Querschnitt dargestellt ist, ist im folgenden näher beschrieben.

Wie in Fig. 1A und 1B gezeigt ist, weist eine dort dargestellte Punktmatrix-LCD-Vorrichtung folgende Komponenten auf: Zwei sich gegenüberstehende transparente Substrate 1a, 1b, mehrere längliche transparente Elektroden 2a, 2b, . . . (allgemein mit "2" bezeichnet), mehrere transparente Elektroden 3a, 3b, . . . (allgemein mit "3" bezeichnet), die beispielsweise aus auf inneren Flächen der transparenten Substrate 1a, 1b gebildetem Indiumoxid, eine Flüssigkristallschicht 4 zwischen den transparenten Substraten 1a, 1b und eine Dichtung 5 aus Kunstharz mit einem nicht dargestellten Abstandselement aus Aluminiumpulver zum Aufrechterhalten der Dicke der Flüssigkristallschicht 4 in einem Bereich von 1 bis 100 µm.

Die länglichen transparenten Elektroden 2, 3 verlaufen senkrecht zueinander, wobei die Flüssigkristallschicht 4 dazwischen angeordnet ist. Zuführungselektroden 6a, 6b, . . . (allgemein mit "6" bezeichnet) sind auf dem transparenten Substrat 1a gebildet und dienen als Zuführungsleitungen für die länglichen transparenten Elektorden 2. Weitere Zuführungselektroden 7a, 7b, (allgemein mit "7" bezeichnet) sind auf dem transparenten Substrat 1b gebildet und dienen als Zufüh­ rungsleitungen für die länglichen transparenten Elektroden 3.

Streifenförmige transparente Farbschichten 8a, 8b sind auf den länglichen transparenten Elektroden 3 gebildet, wobei die Schichten 8a, 8b abwechselnd beispielsweise rot, grün, rot, grün, . . . eingefärbt sind. Die LCD-Einrichtung ist in ihrer Gesamtheit mit 100 bezeichnet.

Eine tordierte nematische Flüssigkristallanzeigeschicht mit positiver dielektrischer Anisotropie wird als Flüssigkristall­ schicht 4 benutzt, und die LCD-Einrichtung 100 wird zwischen zwei Polarisatoren eingebettet, so daß sie in einem normaler­ weise dunklen Zustand erscheint. Die Anordnung wird mit einer Lichtquelle wie z. B. einer nicht gezeigten fluoreszierenden Lampe beleuchtet, die hinter der LCD-Anordnung angeordnet ist und welche Licht mit Rot- und Grünanteilen emittiert. Eine vorge­ schriebene Spannung wird an die Flüssigkristallschicht 4 durch die sich kreuzenden Elektroden 2, 3 über die externen Zufüh­ rungselektroden 6, 7 angelegt.

Wenn die Spannung angelegt ist, werden die Elektroden 2, 3 durchlässig gemacht. Wenn deshalb die LCD-Einrichtung von der Seite gegenüber der fluoreszierenden Lampe betrachtet wird, erscheinen die den roten rechtwinkligen Mustern entsprechen­ den farbigen Schichten rot, während die den grünen rechtwink­ ligen Mustern entsprechenden Schichten grün erscheinen.

Eine Mehrfarben-numerische Anzeige wird beispielsweise durch eine fünf-mal-sieben Matrix von Punkten bewirkt, von denen jeder aus einem Paar von rechtwinkligen Mustern mit rot und grün ge­ färbten Schichten besteht. Zur Anzeige einer Ziffer in Rot, werden fünf-mal-sieben rechtwinklige Muster mit rot gefärb­ ten Schichten benutzt und zur Anzeige einer Ziffer in Grün werden fünf-mal-sieben rechtwinklige Muster mit grün gefärb­ ten Schichten benutzt. Wenn eine Ziffer in gemischten roten und grünen Farben dargestellt wird, werden beide der fünf­ mal-sieben rechtwinkligen Muster benutzt.

An die Zuführungselektroden 6, 7 werden Spannungen angelegt, die die rechtwinkligen Muster zum Leuchten (Transparentwer­ den) veranlassen, in Übereinstimmung mit einer darzustellen­ den gewünschten Ziffer.

Es ist gebräuchlich, die Punktmatrix-LCD-Einrichtung durch Multiplexen mit sieben oder mehr Abtastleitungen zu betrei­ ben, wobei ein Spannungsmittelungsverfahren benutzt wird.

Die vielfarben-numerische Anzeige mit einer konventionellen Punktmatrix-LCD-Einrichtung wie oben beschrieben weist je­ doch die folgenden Nachteile auf:

• (i) Die Zahl von zur Darstellung einer Ziffer in einer Stel­ le benötigten Zuführungselektroden ist groß (7 + 5×2), und zehn oder mehr Zuführungsdrähte sind für jede zusätz­ liche numerische Position, die dargestellt werden soll, notwendig, was zu komplexen Verbindungen zu Treiberschal­ tungen führt.
• (ii) Die Einrichtung muß durch Multiplexen einer relativ hohen Ordnung betrieben werden, und die Betriebssicherheit ist gering, was zu einer schlechteren Anzeigequalität führt als bei einer LCD-Einrichtung vom Segmenttyp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und kompakten Aufbau aufweist und einen verhältnismäßig einfachen elektrischen Anschluß ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung weist insbesondere den Vorteil auf, daß der tatsächliche Abstand zwischen den Elektroden verhält­ nismäßig groß gehalten werden kann, ohne im praktischen Einsatz einen erheblichen Verlust an Anzeigequalität hin­ nehmen zu müssen, da LCD-Anzeigevorrichtungen meist so aufgestellt oder angeordnet werden, daß ihr Anzeigefeld vom Betrachter unter Winkeln gesehen wird, die in horizon­ taler Richtung größer sind als in vertikaler Richtung, und daß die Betrachtung häufig unter größeren seitlichen Win­ keln erfolgt. Bei einer derartigen Betrachtungsweise ist der Abstand zwischen den Elektroden scheinbar kleiner, was auch bei verhältnismäßig großem gegenseitigem Elektrodenabstand zu einer feinen Anzeige bzw. zu hohem Anzeigekontrast führt.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand von Fig. 2A bis 5 der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1A eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung in der Ansicht,

Fig. 1B den Gegenstand von Fig. 1A im Querschnitt,

Fig. 2A eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2B den Gegenstand von Fig. 2A im Querschnitt,

Fig. 3 Elektroden und deren Verdrahtung bzw. elektrischen Anschlüsse beispielsweise der obigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 4 Elektroden und deren Verdrahtung bzw. elektrischen Anschlüsse einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in schematischer Darstellung und

Fig. 5 Elektroden und deren Verdrahtung bzw. elektrischen Anschlüsse einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung in schematischer Darstellung.

Wie in Fig. 2A und 2B gezeigt ist, weist die dort dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung sich gegenüberstehende transparente Substrate 1a, 1b und Seg­ mentelektroden 9a, 9b, . . . , die auf einer inneren Oberfläche des transparenten Substrats 1a gebildet sind, auf, wobei die Segmentelektroden für eine numerische Stelle mit sieben externen nicht gezeigten Zuführungselektroden verbunden sind.

Die LCD-Einrichtung weist auch zwei interdigitale gemeinsame Elektroden 10a, 10b, die auf einer inneren Oberfläche des Substrats 1b gebildet sind und mit zwei nicht gezeigten ex­ ternen Zuführungselektroden verbunden sind, auf. Die Segment- Elektroden 9 und die gemeinsamen Elektroden 10 können trans­ parente Elektroden, beispielsweise aus Indiumoxid, sein. Strei­ fenförmige transparente farbige Schichten 11a, 11b, . . . sind in Übereinstimmung mit der Interdigitalstruktur der gemein­ samen Elektroden 10 geformt. Beispielsweise können die strei­ fenförmigen transparenten farbigen Schichten 11a rot gefärbte Schichten auf der gemeinsamen Elektrode 10a sein, und die streifenförmigen transparenten farbigen Schichten 11b grün ge­ färbte Schichten auf der gemeinsamen Elektrode 11b sein.

Mit 4 ist eine Flüssigkristallschicht und mit 5 eine Dichtung bezeichnet. Eine in der LCD-Einrichtung der vorliegenden Er­ findung benutzte Flüssigkristallzelle wird in ihrer Gesamt­ heit mit 200 bezeichnet.

Die streifenförmigen transparenten farbigen Schichten können durch Aufbringen von transparenten Überzügen aufgebracht wer­ den, indem ein Siebdruckverfahren oder ein Aufdampfverfahren benutzt werden. Eine Isolatorschicht 12, die dazu dient, die Flüssigkristallschicht 4 und die farbigen Schichten 11 in ei­ ner räumlich voneinander entfernten Beziehung zu halten, kann beispielsweise aus Polyimid-Kunstharz oder Siliziumdioxid ge­ bildet sein, wobei die Bereiche der isolierenden Schicht über den farbigen Schichten 11 eine Dicke im Bereich von 100 bis 5000 Å haben. Die isolierende Schicht 12 wird vorgesehen, um eine Verschlechterung der LCD-Zelle 200 zu verhindern, was an­ dernfalls auftreten würde durch Reaktion zwischen dem Flüssig­ kristall und dem Material des transparenten Überzugs, oder durch Auflösung jenes Materials in dem Flüssigkristallmate­ rial.

Eine tordierte nematische Flüssigkristallschicht mit einer positiven elektrischen Anisotropie wird als Flüssigkristall­ schicht 4 benutzt, und die LCD-Zelle 200 ist zwischen zwei Polarisatoren so eingebettet, daß sie normalerweise dunkel erscheint. Die Anordnung wird mit einer Lichtquelle, z. B. ei­ ner nicht gezeigten fluoreszierenden Lampe beleuchtet, die hinter der LCD-Zelle liegt und Licht mit roten und grünen Komponenten emittiert. Eine vorgeschriebene Spannung wird an die Flüssigkristallschicht 4 zwischen der Segment- und gemein­ samen Elektrode 9, 10 über nicht gezeigte Zuführungselektro­ den angelegt.

Wenn diese Spannung angelegt wird, werden die Anordnungen (im folgenden als "Segmentmuster" bezeichnet) der Segment­ elektroden 9 beleuchtet bzw. durchlässig. Wenn deshalb die LCD-Zelle von der Seite gegenüber der fluoreszierenden Lampe betrachtet wird, erscheinen die Segmentmuster rot, wenn die gemeinsame Elektrode 10a ausgewählt wird. Die Segment­ muster erscheinen grün, wenn die gemeinsame Elektrode 10b ausgewählt wird, und die Segmentmuster erscheinen als Mischung von rot und grün, wenn beide gemeinsamen Elektroden 10a, 10b ausgewählt werden. Deshalb kann jede gewünschte Ziffer in mehreren Farben dargestellt werden durch zum Leuchtenbringen von aus­ gewählten Segmentmustern.

Fig. 3 zeigt schematisch gemeinsame Elektroden, Segment-Elek­ troden, und eine Verdrahtungsanordnung, die eine Verbindung mit Zuführungselektroden einer LCD-Einrichtung zum selektiven Darstellen von Ziffern in drei Positionen in drei Farben lie­ fert. Zur Klarstellung werden die zwei interdigitalen gemein­ samen Elektroden 10a, 10b, und ihre Verdrahtungsanordnungen durch ausgezogene Linien dargestellt, während die Segmentelek­ troden 9 mit ihrer Verdrahtungsanordnung durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Die Interdigitalstruktur der gemein­ samen Elektroden 10a, 10b ist teilweise nicht gezeigt.

Die LCD-Einrichtung kann durch 1/2-bias, 1/2-duty-Multiplexen mit den zwei gemeinsamen Elektroden 10a und 10b als Abtast­ elektroden betrieben werden, unabhängig von der Anzahl der darzustellenden numerischen Stellen.

Das 1/2-bias, 1/2-duty-Treiben ist eine Multiplex-Betriebsart der niedrigsten Ordnung und hat eine größere Betriebssicher­ heit und kann deutlicher Vielfarben-Ziffern darstellen als konventionelle Punktmatrix-LCD-Einrichtungen. Die Anzahl von externen Zuführungselektroden ist nur 9 (= 2 + 7) zum Dar­ stellen einer Ziffer in einer Stelle, und steigt um 7 für je­ de zusätzliche numerische Stelle an. Für die in Fig. 3 gezeig­ te Drei-Stellen-Anzeige ist die Anzahl von benötigten exter­ nen Zuführungselektroden 23 (= 2 + 7×3), was zur Folge hat, daß die Verbindungen mit der Treiberschaltung einfacher wer­ den als bei bisherigen Anordnungen.

Vorzugsweise haben die Interdigital-Anordnungen der gemein­ samen Elektroden 10a, 10b einen Abstand, der hinreichend klei­ ner ist als die Breite der Segmentmuster. Wenn der Abstand zu groß ist, würden die beleuchteten Segmentmuster diskonti­ nuierlich erscheinen und infolgedessen unnatürlich. Auch würden rot und grün in der Farbmischungsanzeige-Betriebs­ weise nicht hinreichend miteinander vermischt werden, was eine unnatürliche Erscheinung bedeutet.

Wenn beispielsweise eine Ziffer mit einer Höhe von 25 mm und einer Breite von 15 mm mit sieben Segmenten einer Breite von 3 mm dargestellt werden soll; sollten die Interdigitalstruk­ turen der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b einen Abstand von 300 µm aufweisen, die Elektroden 10a, 10b haben eine Breite von 200 µm und der Abstand zwischen den Elektroden ist 50 µm. Mit dieser Anordnung erscheint die Form und Farbe der darge­ stellten Ziffer nicht unnatürlich, wenn sie von hinten aus einer Entfernung von ungefähr 1 m betrachtet wird.

Es ist vorteilhaft, daß die streifenförmigen gefärbten Schich­ ten 11 einen Abstand gleich jenem der Interdigitalabstände der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b aufweisen und innerhalb eines Sehwinkels von 2 Minuten gehalten werden zur Aufrecht­ erhaltung einer praktisch akzeptablen Anzeigequalität.

Vorzugsweise haben die farbigen Schichten 11 eine Breite gleich oder größer jener der Interdigitalabstände der gemein­ samen Elektroden 10a, 10b, außer in dem Fall, daß sich die farbigen Schichten 11 überlappen.

Die Flüssigkristallschicht 4 der LCD-Zelle 200 wurde als tordierte nematische Flüssigkristallschicht beschrieben; die erfindungsgemäße LCD-Zelle kann jedoch auch ein Flüssigkri­ stall vom "Guest-Host-Typ" sein, wobei mit nur einem Pola­ risator gute Ergebnisse erzielt werden.

In der in Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsform sind die Interdigitalkonfigurationen der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b und die Richtung, in die die gestreiften farbigen Schich­ ten 11 sich erstrecken, im wesentlichen vertikal, obwohl sie geringfügig geneigt sind in Übereinstimmung mit der Neigung der darzustellenden Ziffern. Infolgedessen werden die Ab­ stände der Interdigitalstrukturen der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b und der farbigen Schichten 11 enger, wenn irgend­ welche dargestellten Ziffern unter einem anderen Winkel als frontal betrachtet werden, und der Anzeigekontrast wird grö­ ßer. Die Interdigitalkonfigurationen der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b sollten horizontal angeordnet werden.

Fig. 4 und 5 stellen schematisch gemeinsame Elektroden, Segmentelektroden und Verdrahtungsanordnungen dar, die Ver­ bindungen zu Zuführungselektroden einer LCD-Einrichtung zum selektiven Darstellen von Ziffern in drei Positionen in drei Farben bilden. Zur Klarstellung sind die zwei interdigitalen gemeinsamen Elektroden 10a, 10b und ihre Verdrahtungsanord­ nung durch ausgezogene Linien gezeigt, während die Segment­ elektroden mit ihren Verdrahtungsanordnungen durch gestri­ chelte Linien gezeigt sind. Die Interdigitalstruktur der ge­ meinsamen Elektroden 10a, 10b wurde in der Darstellung teil­ weise weggelassen.

Bei diesen Ausführungsformen ist die Richtung, in die die streifenförmigen farbigen Schichten sich erstrecken, eben­ falls horizontal in Übereinstimmung mit den Interdigitalkon­ figurationen der gemeinsamen Elektroden 10a, 10b.

Während Ausführungsformen der Erfindung für zwei Farben (N = 2) beschrieben wurden, können Ziffern auch in Farben mit N < 3 dargestellt werden durch Erhöhen der Anzahl von gemeinsamen Elektrodenunterteilungen und der Zahl von Farben der gestreif­ ten farbigen Schichten für Farben mit N < 2.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde die Anzahl von Segmenten, die für eine numerische Position benutzt wurde, als sieben beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf eine beliebige Anzahl von Segmenten anwendbar, und Viel­ farbenzeichen können dargestellt werden durch Erhöhen der An­ zahl von Segmenten für eine Zeichenstelle.

Bei der erfindungsgemäßen oben beschriebenen Anordnung hat eine LCD-Einrichtung zum Darstellen von Ziffern mit Segmenten N gemeinsame Elektrodenunterteilungen der Interdigitalkonfi­ gurationen und streifenförmigen transparenten farbigen Schich­ ten von N-Farben, die auf den Interdigitalkonfigurationen in Übereinstimmung damit gebildet sind zum deutlichen Anzeigen von Vielfarbenzeichen mit Segmenten in (N + 1) Farben.

Bei der erfindungsgemäßen LCD-Einrichtung werden darüber hinaus verschiedene Vielfarbenanzeigen möglich gemacht durch Ändern der Farben der benutzten transparenten Schichten, und die ge­ wünschte Anordnung kann erreicht werden, ohne die Anzahl von externen Zuführungselektroden beträchtlich zu steigern.

Claims (9)

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit mehreren Anzeigeeinheiten zur Anzeige mehrerer Zeichen in einem gemeinsamen Anzeigefeld, wobei jede Anzeigeeinheit umfaßt:

• - zwei sich gegenüberliegende Substrate, die zwischen sich einen mit einer Flüssigkristallflüssigkeit gefüllten Raum bilden,
• - an der Innenseite eines Substrates mehrere Elektroden in Form von zeichenbildenden Segmenten, die über separate Zuleitungen einzeln ansteuerbar sind, wobei die Höhe des Zeichens einer jeden Anzeigeeinheit größer ist als dessen Breite,
• - an der Innenseite des anderen Substrates eine Vielzahl von Elektroden einer ersten Elektrodengruppe und eine Vielzahl von Elektroden von mindestens einer zweiten Elektrodengruppe, wobei die Elektroden einer jeden Elektrodengruppe elektrisch miteinander verbunden und Elektroden der ersten Elektrodengruppe jeweils zwischen Elektroden der zweiten Elektrodengruppe angeordnet sind, und
• - den Elektroden der einzelnen Elektrodengruppen in Form und Anordnung jeweils zugeordnete Farbstreifen, die für Elektroden unterschiedlicher Elektrodengruppen jeweils unterschiedliche Farbe aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) die Elektroden (10a bzw. 10b) der einzelnen Elektrodengruppen aller Anzeigeeinheiten und die ihnen jeweils zugeordneten Farbstreifen (11a, 11b) einer jeden Anzeigeeinheit parallel zur Höhenausdehnung des durch die jeweilige Anzeigeeinheit gebildeten Zeichens verlaufen und
• (b) die Elektroden (10a) der ersten Elektrodengruppe einer jeden Anzeigeeinheit und die Elektroden (10b) der zweiten Elektrodengruppe einer jeden Anzeigeeinheit jeweils an eine gemeinsame Verbindungsleitung der Anzeigeeinheit angeschlossen sind und die den ersten bzw. zweiten Elektrodengruppen zugeordneten Verbindungsleitungen aller Anzeigeeinheiten jeweils an eine einzige Zuleitung der Anzeigevorrichtung angeschlossen sind.

2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10a bzw. 10b) der ersten und zweiten Elektrodengruppen und die den Elektroden jeweils zugeordneten Farbstreifen (11a, 11b) der Anzeigeeinheiten jeweils im wesentlichen vertikal verlaufen.

3. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinheiten zur Anzeige der Zeichen innerhalb des Anzeigefeldes parallel zueinander angeordnet sind.

4. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigefeld annähernd Rechteckform aufweist mit horizontalen und vertikalen Begrenzungen, die senkrecht bzw. parallel zur Höhenerstreckung der von den Anzeigeeinheiten anzeigbaren Zeichen verlaufen.

5. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den jeweiligen Anzeigeeinheiten Farbstreifen (11a, 11b) zweier unterschiedlicher Farben abwechselnd nebeneinander angeordnet sind.

6. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstreifen (11a, 11b) der jeweiligen Anzeigeeinheiten einen derartigen gegenseitigen Abstand aufweisen, daß sie bei Betrachtung aus einem Abstand von ungefähr 1 Meter innerhalb eines Betrachtungswinkels von 2 Winkelminuten erscheinen.

7. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (10a bzw. 10b) der ersten und zweiten Elektrodengruppen und die hierauf angeordneten, den Elektroden (10a bzw. 10b) jeweils zugeordneten Farbstreifen (11a, 11b) der Anzeigeeinheiten in eine isolierende Schicht (12) eingebettet sind.

8. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im Anzeigefeld angeordnete Anzeigeeinheiten eine Flüssigkristallanzeige-Zelle (200) bilden.